植物生存始终面临核心矛盾：病原菌入侵时需快速激活免疫抵御病害，而持续高强度免疫会消耗大量物质能量，抑制植株生长、降低产量；无病原菌胁迫时则优先分配资源用于营养生长；负责协调生长-免疫权衡的核心分子开关尚不清晰。
近日，四川农业大学许强教授、魏育明教授联合西北农林科技大学王晓杰教授团队在PNAS期刊上发表了题为“The TaLYK5–TaDSK2a module serves as a molecular switch between plant growth and immunity during fungal attack”的研究论文，系统解析了TaLYK5-TaDSK2a分子模块作为“分子开关”，动态调控小麦免疫激活与生长发育的分子通路，为小麦抗病育种提供全新靶点与理论依据。
一、TaLYK5-6B正向调控小麦抗条锈病
通过构建稳定过表达小麦株系TaLYK5OE，接种条锈菌种CYR32后，叶片锈孢子堆和真菌生物量减少，ROS爆发显著增强；同时TaLYK5OE植株对小麦白粉病菌同样具有抗性，证明TaLYK5介导小麦广谱真菌抗性。利用CRISPR-Cas9技术创制了TaLYK5敲除株系，接种CYR23后，仅talyk5-6B单敲株系与talyk5-6ABD三敲株系抗病性显著下降，条锈菌生物量显著增多、ROS积累减少。上述结果证明小麦TaLYK5-6B正向调控小麦抗条锈病。
图1 TaLYK5-6B正向调控小麦抗条锈病
二、TaLYK5磷酸化TaAKR2A，激活下游ROS抗病通路
为解析TaLYK5免疫信号下游通路，研究团队以条锈菌侵染小麦叶片构建酵母双杂交文库，筛选得到两个关键互作蛋白：锚蛋白重复蛋白TaAKR2A和泛素相关蛋白TaDSK2a。首先通过酵母双杂交、Co-IP、荧光素酶互补和体外Pull-down试验证明：TaLYK5胞内激酶结构域与TaAKR2A的C端锚蛋白重复区特异性结合，且几丁质处理不影响二者互作。通过体内体外试验证实TaLYK5磷酸化TaAKR2A，几丁质、条锈菌诱导可增强磷酸化修饰，且依赖于TaLYK5的激酶活性。
图2 TaLYK5与TaAKR2A相互作用并磷酸化
为探究TaAKR2A在小麦与条锈菌互作过程中的功能，作者构建了稳定沉默的 RNAi株系。结果发现，沉默TaAKR2A会削弱ROS爆发、降低抗条锈病能力；而拟磷酸化突变TaAKR2A5D可显著提升抗病性，去磷酸化突变体TaAKR2A5A则丧失抗病功能，证明TaAKR2A的磷酸化修饰正向调控小麦抗条锈病。
图3 TaAKR2A及其磷酸化修饰正向调控小麦抗条锈病
三、TaLYK5磷酸化TaDSK2a第234位丝氨酸
泛素-蛋白酶体系统是平衡植物免疫与生长的核心翻译后调控通路，TaDSK2a属于UBL-UBA型泛素受体蛋白，研究团队证实其是TaLYK5另一激酶底物。体外磷酸化试验表明：仅234位的S突变为A后完全丧失磷酸化条带；烟草、小麦原生质体体内试验也验证了该结论，且几丁质诱导可增强S234位磷酸化。研究表明，磷酸化修饰会改变TaDSK2a对泛素链的结合偏好，从而阻断TaLYK5降解。去磷酸化TaDSK2a（TaDSK2aS234A）能同时结合K48、K63泛素链，并识别TaLYK5上结合的K48泛素链，将其递送至26S蛋白酶体进行降解；拟磷酸化TaDSK2aS234D仅结合K63泛素链，丧失介导TaLYK5降解的能力。
图4 磷酸化TaDSK2a抑制TaLYK5降解
四、TaDSK2a双向调控小麦抗病与生长
TaDSK2a负调控小麦条锈病抗性。与野生型相比，过表达株系TaDSK2aOE接种条锈菌后条锈病发病更严重，真菌生物量显著增多，ROS积累减少；沉默株系TaDSK2aRNAi则表现出相反的表型：条锈病抗性显著提升，真菌定殖面积、菌丝长度大幅下降；鉴定结果表明TaDSK2a负调控小麦条锈病抗性。
TaDSK2a正向促进小麦生长。TaDSK2aOE植株表现出更高的株高及第1、第2和第3茎节间的伸长现象；而TaDSK2aRNAi植株则较野生型植株更为矮小，且茎节间长度缩短。TaDSK2a可通过调控茎节间伸长调控株高，但对穗长无显著影响。
图5 TaDSK2a对小麦锈病抗性与植株生长起相反调控作用
研究揭示了植物可通过TaLYK5–TaDSK2a模块这种精细的分子调控机制来实现“生长优先”与“防御优先”模式之间的高效智能切换，从而优化能量分配以适应多种环境胁迫。在病原菌侵染时，小麦启动防御模式：几丁质激活TaLYK5，分别磷酸化TaAKR2A与TaDSK2A；磷酸化的TaAKR2A诱导ROS爆发增强抗病性，磷酸化的TaDSK2a抑制TaLYK5降解以维持免疫反应。无病原菌胁迫时，TaDSK2a促进TaLYK5降解，减弱TaAKR2A介导的免疫反应以节省能量；同时它促进降解赤霉素失活蛋白TaEUI，从而保障小麦生长。
图6 TaLYK5–TaDSK2a模块调控植物免疫与生长的分子开关模型
四川农业大学已毕业博士吴郁、硕士研究生杨丹、科研助理伍芩为论文共同第一作者，四川农业大学许强教授、魏育明教授及西北农林科技大学王晓杰教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、四川省科技计划及国家小麦产业技术体系等项目资助。
DOI链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2523784123
