科研| Nature子刊：线虫信息素被植物代谢后调节植物和线虫相互作用
编译：王艳林，编辑：谢衣、江舜尧。
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根际中的微生物和线虫对植物健康产生了深远的影响，并且推测小分子信号在植物根际相互作用中发挥着核心作用。但是，对于信号的性质和潜在机制知之甚少。在这里，我们研究了蛔甙ascr＃18（一种由植物寄生线虫分泌的信息素）被植物代谢后产生化学信号，从而抑制线虫并减少感染。植物组织和排泄物的比较代谢组学研究表明，ascr＃18转化为较短的侧链蛔甙，具有驱避性。在两种过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶中有缺陷的拟南芥突变体不会代谢ascr＃18，也不会排斥线虫，这表明植物像线虫一样，利用保守的过氧化物酶体β-氧化来编辑蛔甙并改变其信息。我们的结果表明，对线虫信息素的植物编辑可作为一种防御机制，与传统的模式触发的免疫功能并行发挥作用，表明植物可以积极操纵土壤生物的化学信号转导。
论文ID
原名：Plant metabolism of nematode pheromones mediates plant-nematode interactions
译名：线虫信息素的植物代谢介导植物-线虫相互作用
期刊：Nature Communications
IF：12.121
发表时间：2020年1月
通讯作者：Daniel F. Klessig，Frank C. Schroeder
通讯作者单位：博伊斯·汤普森研究所，康奈尔大学综合植物科学学院植物病理学和植物微生物生物学系，康奈尔大学化学与化学生物学系
实验设计
将拟南芥、番茄和小麦植株根部浸泡在含有ascr＃18的乙醇水溶液或不含ascr＃18的乙醇对照水溶液中24 h，收取根组织，提取分泌物并进行LC-MS分析。将生长于土壤中四周大的拟南芥植株叶片直接用ascr＃18浸润，收取叶片并进行LC-MS分析。
将三周龄的拟南芥幼苗栽种于、模拟或含有ascr＃18溶液的无菌土壤中（5 mL/盆，包含近30-40株拟南芥或8-10株番茄），两天后收取拟南芥和番茄植株根部，提取根分泌物，进行LC-MS分析。
用1000 nM ascr＃18处理拟南芥野生型和acx1 acx5 24 h后，获取叶片组织并进行RNA分析，通过qRT-PCR确定转录物水平。获取十日龄拟南芥野生型和acx1 acx5根部，提取RNA并进行扩增，然后对根部RNA进行测序，最后进行定量表达分析。
为了进行细菌生长分析，将两棵用ascr＃18或模拟溶液预处理24周的3.5周龄拟南芥植物的根茎叶浸透，浸入丁香假单胞菌Pst DC3000悬浮液，接种3天后进行细菌计数。
将拟南芥无菌种子种植于六孔板中，10天后添加ascr＃18的≤0.1％的乙醇水溶液或仅含≤0.1％的乙醇的对照溶液，处理48 h后移除溶液，并在根部接种南方根结线虫2龄幼虫，6周后进行虫瘿计数来测定拟南芥的线虫感染。
制备趋化板，在板两段分别添加蛔甙水溶液和对照溶液，将蠕虫置于板中央，置于恒温箱中4 h后对板两端蠕虫进行计数。
实验结果
1 植物将ascr＃18代谢为蛔甙的混合物
为了测试植物是否代谢线虫衍生的PAMP ascr＃18，我们基于对ascr＃18处理过的植物组织的高分辨率液相色谱-质谱（LC-MS）分析，进行了比较代谢组学。由于自然情况下植物会通过根部接触到线虫，因此我们使用了在无菌条件下生长的双子叶番茄和拟南芥以及单子叶小麦植物。将植物的根部浸泡在无（模拟）或含有ascr＃18的≤0.1％乙醇的水溶液中24 h。随后，收获根组织，提取并通过LC-MS分析。为了比较来自模拟处理和ascr＃18处理过的植物的数据集，我们使用了XCMS比较代谢组学软件包，重点研究了模拟处理的植物中完全不存在的峰，因此可以代表来自ascr＃18的代谢物。然后，手动管理软件生成的差异特征列表，以消除假阳性，同位素峰和质谱加合物。对于所有这三种植物，该分析均显示在经ascr＃18处理的植物中存在ascr＃18，而在经过模拟处理的植物中则不存在（图1c，d）。此外，在所有这三个物种中，我们发现了一系列仅在经ascr＃18处理的植物中存在的附加峰（图1c，d和补充图1）。通过将分子量，质谱（MS）/ MS谱图和保留时间与已知的蛔甙进行比较，我们确定这些附加峰代表了侧链较短的蛔甙，特别是ascr＃10，ascr＃1和ascr＃9（补充图2和3）。在所有三种植物物种中，ascr＃18代谢产物的分布在所有测试的ascr＃18浓度下都相似，包括低纳摩尔浓度，我们之前已经证明其在生理范围内。在所有情况下，ascr＃18的11个碳原子的侧链缩短至仅5个碳原子的蛔甙ascr＃9是最丰富的代谢产物（图1d和补充图1）。为了证实短链蛔甙实际上是从添加的ascr＃18中衍生出来的，我们在番茄中使用13C2标记的ascr＃18重复了该实验（图2a）。用13C2-ascr＃18根处理的番茄植株产生了13C2标记的ascr＃9，这证实了短链蛔甙是从添加的ascr＃18衍生而来的。而最初的实验是使用无菌生长培养基进行的，拟南芥和番茄都在田间土壤/盆栽土壤混合物中将ascr＃18代谢为ascr＃9（补充图4a，b）。此外，ascr＃18被天然被南方根结线虫侵染的番茄根代谢为ascr＃9（补充图4c）。
尽管使用表面灭菌种子在无菌培养基中生长的植物始终将ascr＃18代谢为ascr＃9，但我们认为微生物（例如与种子或根相关的内生微生物）可能发挥作用。为了测试观察到的代谢转化是否需要与土壤相关的微生物，我们直接用ascr＃18浸润了4周龄土壤生长的拟南芥植物的叶片，随后收获了叶片组织，用于上述LC-MS分析。与根处理类似，ascr＃18在叶片中积累并转化为较短的侧链蛔甙（图2b，c），在最初的12h中，约有50％的ascr＃18被代谢，期间我们观察到了ascr＃9的伴随积累。在浸润了ascr＃18的4周龄番茄植株的叶片中也观察到了ascr＃9的形成（补充图5）。在拟南芥中，在浸入后的前12h内测得的ascr＃9浓度达到峰值，然后在96 h时降至非常低的水平，这表明ascr＃9被进一步代谢或转运至植物中的其他组织（图2c）。综上所述，这些实验证明了在单子叶植物和双子叶植物中ascr＃18的吸收和转化为具有较短侧链的蛔甙，主要是ascr＃9。
图1：线虫来源的ascr＃18在植物中的积累和代谢。a线虫来源的ascr＃18的识别可激活植物中的模式触发免疫（PTI），类似于衍生自其他微生物的病原体相关分子模式（PAMP）。b 秀丽隐杆线虫和其他线虫物种中先前发现的蛔甙的实例。c 用1µM ascr＃18处理24 h的拟南芥根的LC-MS分析，显示ascr＃18，ascr＃10，ascr＃1和ascr＃9的ESI-中吸收的离子色谱图[EIC]。标有星号的峰表示相似的m/z的无关代谢物。d 在1µM ascr＃18处理24 h后，拟南芥，番茄和小麦根中的蛔甙积累。LC-MS中测得的蛔甙丰度以峰面积表示。数据为平均值±SEM（n = 5）（另见补充图1）。源数据以源数据文件提供。
图2：短链蛔甙来源于外源施用的ascr＃18的代谢。a 用ascr＃18或13C2标记的ascr＃18处理的番茄根的LC-MS分析。用13C2标记的ascr＃18处理的植物在333.21932和249.12542处显示峰，代表13C2-ascr＃18和13C2-ascr＃9的[M-H]-，但在331.21261和247.11871处不显示峰，其对应于ascr的[M-H]- ＃18和ascr＃9，反之亦然。指示13C2标签位置的ascr＃18和ascr＃9的结构在离子色谱图上方显示。标有星号的峰表示不相关的峰。b，c 通过LC-MS测定的ascr＃18和ascr＃9的相对丰度。将4周龄的拟南芥叶片浸入1 μM的ascr＃18，并在ascr＃18浸入96 h后收获叶片组织进行LC-MS分析。数据为平均值±SEM（n = 3）（另见补充图4）。
2 植物通过过氧化物酶体β-氧化代谢ascr＃18
尽管在几种不同的植物物种中和在不同的条件下观察到ascr＃18代谢为ascr＃9，但是基于上述实验无法完全排除与植物相关的内生菌的参与。为了获得植物参与ascr＃18代谢的明确证据，我们因此寻求鉴定可能涉及的植物酶。检测鉴定出的ascr＃18衍生代谢产物的结构表明，它们的侧链比ascr＃18的侧链短两个，四个和六个碳（图1c）。该观察结果表明这些化合物可通过β-氧化衍生自ascr＃18。线粒体和过氧化物酶体β-氧化是高度保守的代谢途径，可迭代地以2碳的增量缩短直链脂肪酸。在线虫中，包括ascr＃18和已鉴定出的ascr＃18代谢产物在内的蛔甙是通过长链前体的过氧化物酶体β-氧化产生。考虑到线虫的先例，并且由于植物中的脂肪酸降解主要通过过氧化物酶体中的β-氧化途径发生，因此我们假设植物中ascr＃18的代谢也可能通过过氧化物酶体β-氧化来进行。植物过氧化物酶体β-氧化已被广泛地遗传学表征，并在信号分子的生物合成中起重要作用。例如，过氧化物酶体β-氧化有助于茉莉酸和生长素的生物合成。比较拟南芥和秀丽隐杆线虫中过氧化物酶体β-氧化途径的一般方案如图3a所示。
为了检测ascr＃18是否通过过氧化物酶体β-氧化作用在植物中代谢，我们分析了该途径关键酶中受损的拟南芥突变体（图3b）。我们发现，在六个带注释的酰基辅酶A氧化酶ACX1和ACX532中的两个拟南芥突变体中，ascr＃18代谢成短链的蛔甙的能力显著降低。先前已经证明了acx1 acx5突变体中ACX1和ACX5转录的部分废除，并通过RNA-Seq分析得到了证实（补充图6）。相反，拟南芥中ascr＃18代谢不需要其他两个推定的过氧化物酶体β-氧化基因ibr10和ech2，一个推定的烯酰辅酶A水合酶。ACX通过在侧链中引入α，β-不饱和键参与过氧化物酶体β-氧化的第二步。对经过ascr＃18处理的野生型植物和acx1 acx5植物进行的详细代谢组学比较显示，该突变体积累了较高水平的ascr＃18（11碳侧链）以及少量的ascr＃10（9碳侧链），而没有检测到ascr＃1和ascr＃9（分别为7和5碳链）（图3c）。为了测试ascr＃18代谢是否需要ACX1和/或ACX5，我们还分析了ascr＃18处理的acx1和acx5单个突变体，发现在两个单个突变体中，ascr＃18的新陈代谢在很大程度上不受损害，导致ascr＃9的积累与野生型对照非常类似（补充图7）。该结果与以前的报道一致，即与过氧化物酶体β-氧化有关的酶，包括酰基辅酶A氧化酶，通常会多余地起作用。综上所述，这些观察结果表明，ascr＃18在植物中代谢为短链蛔甙是通过内源性过氧化物酶体β-氧化而进行的，并且ACX1和ACX5在功能上对于ascr＃10的链缩短是多余的，而从ascr＃18到ascr＃10的第一条链缩短步骤可能涉及其他酰基CoA氧化酶。
图3：拟南芥通过保守的过氧化物酶体β-氧化作用代谢ascr＃18。a拟南芥中的过氧化物酶体β-氧化途径和参与拟南芥中的吲哚-3-丁酸（IBA）转化为吲哚乙酸（IAA）相关酶的比较和秀丽隐杆线虫的蛔甙生物合成。b 在样品提取之前，用1 µM ascr＃18处理24 h的拟南芥幼苗的LC-MS分析，比较了野生型和ibr10，ech2，ech2，ibr10或acx1 acx5突变体中ascr＃9的产量。c 用1 µM ascr＃18处理的拟南芥野生型和acx1 acx5根中的蛔甙丰度比较。数据为平均值±SEM（n = 5）。n.d. =未检测到。
3 线虫抗性需要Ascr＃18代谢
鉴于ascr＃18通过过氧化物酶体β-氧化迅速转化为短链的蛔甙，我们提出ascr＃18的代谢是否需要激活防御反应和对病原体的抗性。在以前的工作中，我们表明ascr＃18处理可增强单子叶植物和双子叶植物对多种病原体，包括细菌，病毒，真菌，卵菌和线虫的抗性。为了检测蛔甙代谢是否在ascr＃18介导的对细菌病原体的抗性增强中发挥作用，我们比较了ascr＃18处理对野生型拟南芥和acx1 acx5突变体（在ascr＃18到ascr＃9的代谢中有缺陷）中丁香假单胞菌DC3000感染的效果。在用丁香假单胞菌感染之前，用1 µM ascr＃18预处理24 h可在acx1 acx5和野生型中提供相当水平的保护（图4a，b），表明不需要通过ACX1或ACX5进行ascr＃18的代谢来增强对这种细菌病原体的抗性。
为了评估ascr＃18的植物代谢是否有助于防御线虫，我们比较了ascr＃18处理对南方根结线虫感染野生型和acx1 acx5突变体的影响。我们发现，在接种前用10 nM或50 nM ascr＃18对根进行48 h预处理可为野生型提供显著的保护，而ascr＃18处理对acx1 acx5突变体则无影响（图4a，c）。
在第二个实验中，先将野生型和acx1 acx5用ascr＃18处理48 h，然后再将幼苗移至含有约200南方根结线虫第二期幼虫（J2）的PF-127凝胶中（图4a，d，e）。在移苗后6 h对接触根的J2幼虫进行计数。用50 nM ascr＃18预处理后，野生型接触根尖或整个根部区域的J2幼虫数量显著减少，而acx1 acx5则没有。第二个更高的ascr＃18浓度（1 µM）并没有显著影响野生型或突变型中的南方根结线虫行为。综上所述，这些结果表明，ascr＃18代谢对于提高经ascr＃18处理的植物对线虫感染的抗性是必需的，而对细菌的增强抗性则不受影响。
图4：acx1 acx5是ascr＃18介导的对南方根结线虫（而非细菌病原体）的增强抗性所必需的。a 用于评估防御途径的激活以及对线虫和细菌抵抗力的实验设计。b 增强的对丁香假单胞菌Pst DC3000的抗性不需要acx1 acx5。接种后3天测定细菌生长。数据为平均值±SEM（n ＝ 17）。c ascr＃18增加拟南芥野生型对植物寄生线虫的抗性，但不增加acx1 acx5突变体的抗性。拟南芥幼苗用缓冲液或指定浓度的ascr＃18处理48 h，然后再接种约300刚孵化的南方根结线虫J2幼虫。接种后6周计数受感染植物的根部虫瘿数量。数据为平均值±SEM（n ≥ 15）。d，e ascr＃18处理拟南芥野生型，但不处理acx1 acx5突变体会导致南方根结线虫J2幼虫抗性的差异。将拟南芥幼苗用指定浓度的ascr＃18处理48 h，然后转移至含有Pluronic F-127凝胶和约200刚孵化的南方根结线虫J2幼虫的12孔板中。在移苗后6 h，对触碰幼虫的根尖（d）或整个根系（e）进行计数。数据为平均值±SEM（n ＝ 12）。f 用1000 nM ascr＃18处理根后24 h，拟南芥叶片中防御反应基因的诱导。通过qRT-PCR确定转录物水平。数据为平均值±SEM（n≥6）。事后检验，通过双向方差分析，然后进行Tukey多重比较，计算调整后的p值。n.s. =不重要
4 防御信号独立于ascr＃18代谢
接下来，我们旨在弄清野生型和acx1 acx5植物防御信号激活的差异是否是所观察到的对线虫抗性差异的基础。在先前的工作中，我们已经证明，在拟南芥中，低微摩尔ascr＃18浓度的处理会导致单子叶植物和双子叶植物中保守的防御信号传导途径的激活，包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号转导和茉莉酸（JA），和水杨酸（SA）信号通路。为了评估是否需要通过过氧化物酶体β-氧化作用的ascr＃18代谢来激活这些防御信号通路，我们比较了ascr＃18处理的野生型和acx1 acx5植物叶片中所选标记基因的表达（图4f和补充表1）。ascr＃18处理在野生型和acx1 acx5中诱导的JA信号转导（植物防御素1.2（PDF1.2），丙二烯氧化酶合酶（AOS）和脂氧酶2（LOX2））和SA信号转导（（发病机制相关1（PR-1）和发病机制相关-4（PR-4））和WRKY转录因子53（WRKY53）成分处于相似的程度，尽管在突变体中MAPK相关的Flg22诱导的受体激酶1（FRK1）的诱导稍弱。尽管MAPK相关的Flg22诱导的受体激酶1（FRK1）的诱导在突变体中稍弱。这些发现表明通过ascr＃18激活典型防御信号通路通常不需要通过过氧化物酶体β-氧化作用的ascr＃18代谢，我们的观察到拟南芥对丁香假单胞菌的增强保护作用与ascr＃18代谢无关，这与该结果一致。与先前的研究一致，防御基因的表达不是由野生型中低（纳摩尔）ascr＃18浓度诱导的，而在acx1 acx5双重突变体中则保持不变（NCBI-SRA RNA-Seq提交：PRJNA550121，补充图8）。鉴于在低ascr＃18浓度下观察到增强的抗线虫抵抗力，不足以诱导野生型或acx1 acx5双突变体中的防御基因表达，因此看来ascr＃18代谢对线虫抗性的影响可能不会直接由植物防御信号通路介导的。
5 植物根系分泌ascr＃18代谢产物
植物通过其根部分泌大量初级和次级代谢产物，包括促进与土壤生物相互作用的信号分子。由于抗细菌或正常植物防御信号通路的激活不需要ascr＃18代谢，但是对于线虫的防御却是必不可少的，因此我们考虑了ascr＃18衍生的代谢物通过根部分泌并因此影响线虫寄主寻找行为的可能性。
为了检测这种可能性，我们比较了ascr＃18和模拟处理的拟南芥的根系分泌代谢产物（图5a）。在补充有ascr＃18的生长培养基中，将10天大的拟南芥幼苗处理6小时，然后将根淹没在水中收集渗出液。基于HPLC-MS的比较代谢组学分析揭示了经ascr＃18处理的野生型中所有已鉴定的ascr＃18代谢产物的分泌，包括ascr＃10，ascr＃1和ascr＃9。与上述结果一致，除了野生型中的大量残留ascr＃18，在acx1 acx5中仅检测到ascr＃10（补充图9a）。在番茄根的实验中获得了类似的结果（补充图9b，c）。高分辨率液相色谱质谱仪（HRLC-MS）对生长培养基的分析显示，在处理后48 h内短链蛔甙有稳定的积累，表明蛔甙通过根不断吸收，转化和排泄（补充图9d）。在番茄和拟南芥中，ascr＃9是根分泌最丰富的ascr＃18代谢产物，而ascr＃10则是含量最少的。
图5：植物来源的蛔甙混合物可阻止根结线虫。a LC-MS测定，用50和1000 nM ascr＃18处理的拟南芥根系分泌物中的蛔甙相对丰度。数据为平均值±SEM（n ＝ 6），n.d. =未检测到。b 将拟南芥属野生型和acx1 acx5用50 nM ascr＃18或ascr＃9处理48 h，然后转移到含有Pluronic F-127凝胶和约200刚孵化的南方根结线虫J2幼虫的12孔板中。幼苗移栽后6 h，在接触根末端部分计数幼虫数量。数据为平均值±s.d.（n = 12）。c 将少量（10 µL）的ascr＃18，ascr＃9或ascr＃18/ascr＃9溶液放在6厘米培养皿的一侧，另一侧放在模拟溶液中。随后，将约100只刚孵化的南方根结线虫J2幼虫置于板的中央。在4小时后，对指定得分区域的幼虫进行计数。d 使用c中所示的布局检测不同浓度的ascr＃18，ascr＃9或ascr＃18/ascr＃9混合物的吸引力指数。数据为平均值±SEM（n = 12）。图5b中的调整后的p值是通过双因素方差分析计算，然后是事后检验的Tukey多重比较。对于图5d，通过单因素方差分析计算，然后事后检验进行Tukey多重比较，计算出调整后的p值。源数据以数据文件提供。
6 植物来源的蛔甙混合物可阻止寄生线虫
先前的几项研究表明，蛔甙的不同混合物可以诱导吸引或回避行为。例如，先前已显示最丰富的ascr＃18代谢产物ascr＃9介导昆虫病原线虫物种的扩散行为，该昆虫病原线虫物种与根结线虫属物种在系统发育上有关。因此，我们怀疑ascr＃9的分泌可能在介导植物与线虫的相互作用中起作用。但是，与用ascr＃18处理野生型相反，在将幼苗移至含有南方根结线虫J2幼虫的PF-127凝胶之前，用ascr＃9既不处理野生型也处理acx1 acx5 48 h，可大大减少感染（图5b）。由于先前的几项研究表明，蛔甙介导的表型可能涉及两个或多个成分的协同作用，因此我们接下来考虑了蛔甙的混合物，而不只是一种化合物，可能是观察到的抑制线虫向根迁移的原因。因此，我们在先前描述的定量趋化性种群测定中检测了由线虫直接排泄的ascr＃18及其最丰富的植物代谢产物ascr＃9的一系列组合（图5c）。我们发现，含有ascr＃18与ascr＃9的1:10比例的混合物会产生明显的回避行为，而低浓度的任一种化合物都具有轻微的吸引力或没有效果（图5d）。这些结果表明植物与ascr＃18结合而分泌的ascr＃9排斥了根际中的线虫，从而减少了感染。
讨论
土壤微生物和宏体生物群形成了依赖于广泛的化学交流网络的复杂群落。它们的组成深刻影响植物的发育和健康，植物已经进化出多种策略来与有益的微生物相互作用，重要的是识别并保护植物免受病原体伤害。反过来，微生物病原体已经进化出多种机制来抵消植物防御系统，这就是植物及其病原体之间的进化“军备竞赛”。通过细胞表面定位的PRR对病原体衍生的PAMP的早期感知是植物防御中至关重要的早期步骤。最近，我们证明了植物可以检测到一种由植物寄生线虫分泌的主要蛔甙——ascr＃18，作为一种线虫衍生的PAMP，可引起强烈的免疫反应，并提供针对多种病原体的保护，包括寄生线虫（图1a）。与微生物来源的鞭毛蛋白或脂多糖相似，ascr＃18在非常低的浓度下会在单子叶植物和双子叶植物中引发植物防御反应。然而，与这些大分子微生物PAMP相比，蛔甙是代表高度保守的线虫信息素类的小分子。在这里，我们发现了植物对PAMP的反应的另一个方面（图6）。
图6：ascr＃18的编辑和驱避信号的产生与植物中的常规先天免疫反应并行。植物通过细胞表面定位的PRR检测PAMP，例如源自细菌的flg22，脂多糖（LPS）和肽聚糖，源自真菌/卵菌的infestin 1（INF1），甲壳质和β-葡聚糖以及源自线虫的ascr＃18以诱导常规的PTI。平行的“符号防御”取决于植物对线虫衍生的ascr＃18的代谢编辑，以产生一种可作为寄生虫线虫驱避剂的蛔甙信息素混合物（*PRR未知）。
我们显示，单子叶植物和双子叶植物都将ascr＃18迅速转化为较短的侧链蛔甙，当排泄到根际中时起化学信号的作用，以调节植物-线虫相互作用的早期阶段。这些数据强调了进化保守的趋化机制，可调节植物与线虫相互作用的入侵前阶段。PTI的并行激活和驱避信号的产生表明应对病原体感染的两种策略。反过来，线虫对ascr＃18和植物来源的ascr＃9混合物的回避行为可能是线虫寄主行为的重要组成部分，防止受感染的植物种群过多。
ascr＃18激活PTI可能涉及与特定PRR的相互作用。微生物PAMP激活PTI需要依赖网格蛋白的PAMP-PRR复合物内吞作用，然后将其转运至液泡。ascr＃18的内化可能遵循类似的路线；然而，可能需要其他步骤才能将推定的ascr＃18-PRR复合物转运至过氧化物酶体，以便随后通过β-氧化处理。
ascr＃18转化为较短的侧链蛔甙提供了第一个示例，其中PTI需要对植物中的PAMP分子进行酶促反应。我们证明拟南芥中ascr＃18的编辑通过过氧化物酶体β-氧化进行，并且两个过氧化物酶体酰基辅酶A氧化酶中的缺陷突变体在ascr＃18触发的线虫防御中是有缺陷的。植物中ascr＃18的代谢让人联想到秀丽隐杆线虫中过氧化物酶体β-氧化作用导致的蛔甙生物合成。过氧化物酶体β-氧化在动植物中是高度保守的，并且在能量代谢以及多种信号途径中起着核心作用，例如促进植物激素生长素和JA的生物合成。类似于秀丽隐杆线虫和其他动物中的过氧化物酶体β-氧化，酰基-CoA氧化酶（ACX）催化植物过氧化物酶体β-氧化循环的第一步，并基本上确定了通过该途径的代谢物通量，尽管过氧化物酶体β-氧化在拟南芥中的生物化学表征仍然不完全。拟南芥基因组包含六个ACX旁系同源物，其中四个（ACX1-4）已更详细地表征。ACX1具有中长链底物特异性，与ACX5拥有近85％的序列同一性。因此，推测它们在功能上相似并且很可能是基因复制的结果。我们的发现ascr＃18代谢在acx1和acx5中都是野生型的，但是在acx1 acx5中存在明显缺陷，这表明这两种酰基辅酶A氧化酶具有功能冗余性。先前的研究表明，acx1中对IBA的响应对根伸长的抑制作用降低，表明IBA β-氧化途径的破坏，而acx5单个突变体对野生型的响应相似。但是，与acx1相比，acx1 acx5双重突变体中的IBA响应进一步降低，表明ACX5在不存在ACX1的情况下有助于IBA β-氧化，也表明部分功能冗余。
或许是生长素和/或茉莉酸信号改变的结果，acx1 acx5双突变体更容易受到昆虫的伤害，而真菌感染的敏感性与野生型没有显著差异。虽然，典型的植物防御信号传导途径不受野生型或acx1 acx5中低浓度的ascr＃18干扰，因此似乎不直接参与ascr＃18介导的增强的线虫抗性，但生长素或茉莉酸酯信号的改变可能会影响acx1 acx5对线虫感染的总体敏感性，似乎略低于野生型（图4c）。值得注意的是，较高浓度的ascr＃18（显著增加防御基因表达）对细菌病原体的抗性在acx1 acx5双突变体中仍然不受影响。
植物对ascr＃18的快速代谢表明，植物过氧化物酶体β-氧化的进化可能部分受到干扰线虫化学通讯能力赋予的选择性优势的影响。在本研究中，我们表明ascr＃18及其最丰富的植物代谢产物ascr＃9可以阻止植物寄生线虫。但是，从ascr＃18到ascr＃9的途径中的中间体也可能会产生作用，例如ascr＃1，它与ascr＃9一起从根分泌物中排出。被感染的植物或动物进行的酶促编辑也可能在微生物PAMP的感知中发挥作用。例如，尽管尚未鉴定所涉及的酶，但推测植物通过保守的flg22表位对细菌鞭毛蛋白的感知涉及广泛的去糖基化。另一个例子是用相邻受损植物散发的挥发性（Z）-3-己醇衍生的糖苷对地老虎的保护，这表明植物可以利用广泛的代谢转化来编辑外来信号对其进行保护。我们的研究首次了解了植物吸收后PAMP的代谢可能在植物与病原体的相互作用中发挥的功能。考虑到化学通讯网络在土壤中的普遍性，植物似乎不仅可以“收听”土壤中微生物和宏体生物群产生的化学信号，而且还可以通过代谢编辑积极参与符号学对话。
原文链接： https://doi.org/10.1038/s41467-019-14104-2