原创解读 | New Phytol. | 麦角甾醇如何激活大麦的免疫防御反应？

摘要：植物与真菌的相互作用远超病原侵染或共生互利的表象，它们之间的信息交流隐藏着复杂的生物化学语言和信号传递网络。其中，真菌产生的脂质信号分子，尤其是麦角甾醇（ergosterol），是否以及如何被植物识别并触发免疫响应，是植物免疫领域的关键科学问题。

植物与真菌的相互作用远超病原侵染或共生互利的表象，它们之间的信息交流隐藏着复杂的生物化学语言和信号传递网络。其中，真菌产生的脂质信号分子，尤其是麦角甾醇（ergosterol），是否以及如何被植物识别并触发免疫响应，是植物免疫领域的关键科学问题。

近日，在New Phytologist发表的题为“Ergosterol-induced immune response in barley involves phosphorylation of phosphatidylinositol phosphate metabolic enzymes and activation of diterpene biosynthesis”的研究，揭示了大麦如何感知麦角甾醇，并通过一系列分子事件启动免疫反应。研究表明，麦角甾醇不仅作为病原相关分子模式（PAMPs）诱导大麦的模式触发免疫（PTI），还可以激活磷脂信号通路，引发代谢重塑，并最终促进抗菌二萜类化合物的合成。

1. 麦角甾醇是S.indica脂质提取物的核心免疫诱导成分

作者首先探索了 S.indica的脂质提取物是否能够激活大麦免疫反应。通过检测 MAPK 磷酸化、活性氧（ROS）爆发、Ca²⁺ 流入以及免疫相关基因 HvPR10 的表达，发现S. indica的脂质提取物可诱导大麦产生典型的 PTI 反应（图1）。然而，与经典的六聚壳寡糖（Chit6）诱导的强烈且快速的 ROS 爆发不同，真菌脂质诱导的 ROS 反应表现出较慢但持续的特点，并且未观察到明显的胞质 Ca²⁺ 流入，提示大麦对脂质信号的感知可能依赖于不同的免疫通路。

进一步的脂质分离实验表明，游离固醇（free sterols）是 S.indica脂质提取物中发挥主要免疫激活作用的关键成分（图2）。在分析游离固醇成分后，发现麦角甾醇（ergosterol）是该组分中的主要活性物质。此外，在S. indica定殖的大麦根系质外体中，检测到了麦角甾醇的富集（图2f, g），但在未接种的根系中完全未检测到。这一发现证明，麦角甾醇不仅是S.indica诱导大麦免疫的核心分子，同时它在真菌定殖过程中被释放到质外体，使植物能够感知并启动防御机制。

图1. Serendipita indica的脂质可诱导大麦根部的免疫反应

图2. 麦角甾醇在 S.indica定殖的大麦根部质外体中富集

2. 麦角甾醇触发的免疫信号与壳寡糖途径不同，并受真菌定殖抑制

植物感知 MAMPs 后，通常会发生受体介导的内吞（receptor-mediated endocytosis），以防止免疫系统的过度激活。然而，不同 MAMPs 是否共享相同的受体，或者是否激活类似的信号通路，仍然存在争议。为了解麦角甾醇与其他 MAMP 之间的异同，作者设计了“预处理-二次刺激”实验，即先用不同 MAMPs 预处理大麦 16 小时，再用同一或不同 MAMP 进行二次刺激，随后检测 ROS 反应。结果显示，壳寡糖预处理会完全抑制自身再次诱导的 ROS 反应，但对麦角甾醇或 S. indica 脂质的诱导无影响（图3）。相反，麦角甾醇预处理会抑制自身及 S. indica脂质诱导的 ROS 反应，但对壳寡糖诱导的 ROS 反应无影响。这一现象表明，麦角甾醇和壳寡糖是通过不同的受体和信号通路介导的。

进一步研究发现，S. indica的定殖会显著抑制宿主对麦角甾醇和自身脂质的感知，但对壳寡糖诱导的免疫反应影响较小（图3e, f）。这一结果表明，S. indica可能进化出一种机制，通过干扰宿主对脂质 MAMPs 的感知，从而降低宿主免疫响应，促进共生关系的建立。

图3. 麦角固醇预处理和 Serendipita indica定植可防止脂质诱导的 ROS 积累

3. 磷脂酰肌醇磷酸（PIP）代谢通路的关键酶在麦角甾醇感知后迅速磷酸化

为了进一步探索麦角甾醇感知的早期信号事件，作者进行了磷酸化蛋白质组学（phosphoproteomics）分析。发现PIP 代谢的关键酶在麦角甾醇处理后迅速发生磷酸化（图4a）。特别是，PI4K、PI3P5K 和 DGK 是最显著被磷酸化的关键酶（图4b）。这些磷脂酶负责调控 PIP 代谢，并催化磷脂酸（PA）的生成（图4c）。这些结果揭示了PIP 代谢途径在麦角甾醇诱导的免疫反应中的核心作用，并可能成为免疫信号放大的重要节点。

图4. 麦角甾醇特异性诱导磷脂代谢相关蛋白的磷酸化

4. 磷脂酸（PA）显著增强麦角甾醇诱导的 ROS爆发

为探索 PA 在免疫信号中的具体作用，使用了不同磷脂进行协同处理实验。实验结果表明，PA 能够显著增强麦角甾醇诱导的 ROS 反应（图5d），而磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰肌醇（PI）和磷脂酰肌醇-4-磷酸（PI4P）均无此作用（图5a-c）。这一发现表明，PA 在麦角甾醇诱导的免疫信号中具有独特的功能，可能通过增强 RBOH 激活，放大 ROS 反应的强度。