Mol Plant | 山東農業大學丁新華團隊揭示水楊酸甲酯高效合成的分子機制

在自然界中，植物雖然無法移動，卻擁有復雜而精妙的防御體系。當遭遇病原菌或昆蟲侵襲時，植物不僅能夠啟動自身免疫反應，還能通過釋放揮發性化學信號向周圍植物“通風報信”，提醒鄰居提前做好防御準備。這種依賴空氣傳播信號分子的植物間信息交流被稱為“氣傳防御”（Airborne defense, AD）。然而，植物在受到脅迫時如何迅速合成并釋放這些信號，一直是植物免疫研究中的重要科學問題。

近日，山東農業大學丁新華團隊在Molecular Plant發表題為

BSMT1, SABP3, and MAT2 assemble into a ternary complex vital for methyl salicylate biosynthesis and airborne defense

水楊酸甲酯是一種具有揮發性的植物信號分子，在植物免疫中發揮重要作用。早期研究表明，病原菌侵染后植物體內會積累水楊酸（SA），部分SA被轉化為MeSA，并參與系統獲得性抗性（SAR）的建立。此外，大量MeSA會揮發到空氣中，被鄰近植物感知，從而誘導其提前激活防御反應。但長期以來，科學家并不清楚植物是如何在短時間內高效合成MeSA以滿足這種快速防御需求。

為了進一步揭示MeSA快速合成的分子基礎，研究團隊通過蛋白互作篩選發現，負責合成MeSA的甲基轉移酶BSMT1可以與兩種蛋白——SABP3和MAT2形成穩定復合體。其中，MAT2負責合成甲基供體S-腺苷甲硫氨酸（SAM），而SAM正是MeSA合成反應所必需的甲基來源。研究表明，在病原菌侵染后，植物體內水楊酸水平升高，這一變化會促進BSMT1、SABP3和MAT2在細胞質中組裝成三元復合體。

研究發現，當病原菌入侵時，植物體內的SA水平迅速升高，發出了啟動防御“生產線”的信號。在SA的誘導下，原本分散存在的BSMT1、SABP3和MAT2在細胞質中迅速聚集，并組裝形成一個穩定的三元復合體。SABP3與MAT2結合后，可顯著增強MAT2的酶活性，使其更高效地合成甲基供體SAM，從而為下游反應提供充足的底物來源。三元復合體的形成同時改變了BSMT1的構象狀態，提高了其對底物SA的結合能力，進而顯著提升了催化生成MeSA的效率。換言之，通過組裝這一三元復合體，植物在甲基供體的生成與MeSA的催化合成兩個關鍵環節實現了協同增強，從而短時間內迅速合成大量MeSA并將其釋放到空氣中。

綜上所述，該研究揭示了一種植物快速調控揮發性防御信號合成的新機制，即通過組裝多酶復合體來提高代謝效率。這種策略使植物能夠在病原菌侵染后迅速放大防御信號，并通過空氣傳播實現植物間的信息交流。

山東農業大學丁新華教授為論文通訊作者，博士研究生孫寶龍，副教授楊巍為共同第一作者。山東農業大學已畢業碩士研究生商魯玥、劉洋，在讀碩士研究生魏蘭蘇，尹梓屹教授、張海淼副教授、李洋副教授、路沖沖副教授、趙海朋副教授，美國南卡羅萊納大學傅正擎教授，中國海洋大學已畢業博士研究生張藝涵，四川大學在讀博士研究生趙博宇及島津（中國）有限公司汪勇高級專家參與了該項研究。

丁新華教授長期從事植物與微生物互作和植物免疫分子機理研究、植物免疫誘抗劑及綠色防控技術研發，以通訊或第一作者在Nature Communications、Molecular Plant、Plant Cell、Journal of Advanced Research、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist、Plant Communications等期刊發表論文90余篇，發表SCI論文被引用4300余次。主持國家重點研發計劃子課題、國家重大科技專項子課題、國家自然科學基金面上項目、山東省重大基礎研究項目、山東省自然科學杰出青年基金等三十余項。丁新華教授課題組長期致力于植物與微生物互作、植物免疫研究，誠邀有志青年加入（博士后/研究生），共解科研難題！聯系方式：xhding@sdau.edu.cn

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205226000742