每年植物病害会给全球造成超过2000亿美元的损失，是全球粮食安全的主要障碍。发现新的植物病害机理并找到解除这些致病要害的新方式 是维持农作物持续生产的关键，以便在气候变化的情况下养活不断增长的世界人口。

许多动物和植物致病细菌利用III型分泌系统向宿主细胞输送效应蛋白。这些效应蛋白在病原体-宿主相互作用中发挥着重要作用，而阐明这些效应蛋白如何在宿主细胞中发挥作用和致病，对于理解动植物传染病至关重要。

AvrE/DspE家族效应蛋白在多种植物病原菌的治病过程中发挥着核心作用。这些广泛且保守的效应蛋白分子参与诱导了植物“水浸泡”现象并宿主细胞的死亡过程，从而利于细菌病原体在植物受感染组织中繁殖。尽管这些AvrE/DspE家族效应蛋白非常重要，在过去三十年来，这些效应蛋白分子确切的生化功能一直难以从机理上得到理解。

图一. 解淀粉欧文氏菌DspE 模型和冷冻电镜图像。（a）解淀粉欧文氏菌DspE三维模型，由AlphaFold2使用MMseqs2预测生成。（b）冷冻电镜二维图像。（c）（d）解淀粉欧文氏菌DspE 亲疏水性模型

在这项最新研究中，研究团队发现AvrE/DspE家族效应蛋白的C端折叠成类似于细菌孔蛋白的β桶形状（图一）。亲疏水性预测模型显示蛋白C端β桶形状很有可能与细胞膜结构相互作用。在爪蟾卵母细胞中表达AvrE和DspE可产生内向和外向电流，对水渗透，以及渗透压依赖性的卵母细胞肿胀和破裂 （图二）。脂质体重组实验验证，有且仅DspE蛋白通道就足以上小分子荧光素通过（图二）。

图二. AvrE 和 DspE在蛙卵细胞和脂质体中的活动。（a）蛙卵细胞测定示意图（b,c）DspE 和AvrE在双电极电压钳实验中诱导离子电流（d）DspE 和AvrE 诱导卵母细胞在注射cRNA 24小时后快速膨胀和破裂（e,f）荧光素和eGFP测定（g）脂质体荧光素测定示意图.（h）在脂质体荧光素测定中，加入蛋白后，荧光信号随时间增加显示脂质体内的小分子荧光素得到释放

基于预测的DspE蛋白通道孔径约在15-20埃，研究人员进行了有针对性地筛选了一系列化学阻断剂，发现聚酰胺铵树枝状聚合物可以抑制DspE通道。值得注意的是，多氨基胺在蛙卵细胞里，解淀粉欧文氏菌，和丁香假单胞菌感染中广泛抑制DspE致病活性（图三）。

图三. PAMAM G1 对细菌感染的抑制效果。（a,b）PAMAM G1 以依赖AvrE的方式抑制丁香假单胞菌Pst DC3000的复制（c）PAMAM G1 不会诱导拟南芥中的PR1蛋白表达（d）PAMAM G1抑制解淀粉欧文氏菌引起的炭疽病

自三十年前首次报道丁香假单胞菌中的AvrE以来，AvrE/DspE家族效应蛋白分子在多种致病细菌中的核心重要性就引起了科研人员的广泛关注。这项工作首次证实细菌III型效应蛋白可直接作为致病性透水/溶质的通道从而发挥毒性机制。

除了揭示了人们寻求已久的AvrE/DspE家族效应蛋白的功能之外，这项研究还发现了一种能有效减少AvrE/DspE介导的细菌感染的化学抑制剂。因此，AvrE/DspE家族效应蛋白具有透水/溶质通道功能的发现是研究植物细菌致病机理和植物疾病控制领域的重大突破。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06531-5