近日，国际微生物学领域权威期刊《mBio》在线发表了上海交通大学生命科学技术学院何亚文教授团队的研究文章“植物防御信号水杨酸通过提高植物病原黄单胞菌的胞内和胞外pH，激活RpfB降解酶活性，诱导DSF群体感应信号翻转（The Plant Defense Signal Salicylic Acid Activates the RpfB-Dependent Quorum Sensing Signal Turnover via Altering the Culture and Cytoplasmic pH in the Phytopathogen Xanthomonas campestris）”。生命科学技术学院博士研究生宋凯为文章的第一作者，何亚文教授为通讯作者，马来西亚大学Chan Kok-Gan教授和上海农乐生物制品股份有限公司张红艳研究员参与了该文章的部分研究工作。
黄单胞菌（Xanthomonas）是一类革兰氏阴性细菌，能侵染400多种植物，包括许多重要农作物和经济作物，造成严重的经济损失。在侵染植物过程中，DSF信号依赖的群体感应机制调控黄单胞菌致病因子的表达。何亚文教授团队长期研究植物病原黄单胞菌群体感应分子机制，鉴定了DSF信号分子的化学结构、信号传导途径和调控的生物学功能，阐明了DSF生物合成和信号翻转的分子机制。在此基础上，博士研究生宋凯等首先发现野油菜黄单胞（Xcc）侵染过程中，寄主植物会在侵染邻近区域大量合成水杨酸（Salicylic acid, SA），导致Xcc完全暴露在SA的作用之下，但Xcc又不能利用和降解SA。利用一种专门模拟Xcc在植物体内侵染过程中所面临的营养环境配制而成的XYS培养基，发现外源添加50-100 mM SA到Xcc XYS培养体系或在Xcc中内源合成SA都会显著降低DSF水平，诱导DSF翻转（turnover）。这一现象需要DSF降解酶RpfB的参与，但SA不影响rpfB的转录和翻译水平，也不影响DSF合成酶基因rpfF的表达与翻译。
图1.水杨酸诱导DSF群体感应信号翻转的分子机制模式图.（A）野油菜黄单胞菌（Xcc）侵染甘蓝叶片，引起V-型病斑；（B）Xcc侵染诱导甘蓝大量产生SA信号分子；（C）SA直接作用于Xcc，诱导DSF信号分子翻转的通路模式图。
进一步研究发现，在XYS培养基中随着黄单胞菌Xcc的生长，培养体系pH值逐渐降低至酸性环境（~4.7），外源添加SA或内源合成SA显著提高了Xcc胞内和胞外pH值。在没有SA的条件下，人工提高Xcc XYS培养体系的 pH值从6到8，也诱导DSF的翻转，且必需有RpfB的参与。另一方面，如果通过缓冲体系固定XYS培养体系的pH为7，即使外源添加SA也不能诱导DSF信号翻转。这些结果说明SA通过诱导Xcc胞内外pH值升高，提高RpfB的酶活性，诱导DSF翻转。为了验证这一假说，作者表达和纯化了RpfB蛋白，建立了体外RpfB降解DSF的酶促反应体系，发现提升体外反应体系的pH可以增加RpfB 降解DSF的活性，但在体外反应体系中SA并不直接与RpfB互作影响其降解活性。最后，SA处理的Xcc菌株与未处理的菌株在甘蓝叶片上的致病性明显不同，进一步验证了SA的功能。
SA是重要的植物防御激素，目前研究的热点是SA在植物中的信号传导途径和诱导的免疫反应。本研究充分证明植物产生的SA信号还可以直接作用于入侵的病原菌，干扰其群体感应系统和致病性，丰富了我们对黄单胞菌与十字花科植物之间相互作用的理解。
本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海农乐生物制品股份有限公司的项目资助。