青枯雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum）是最具破坏性的植物病原菌之一，其寄主范围广泛，可侵染多种重要作物，每年在全球造成巨大损失。研究人员已采用多种策略来控制这种破坏性病原细菌，但所需的防控水平仍有待提高。这源于其难以根除的特性，包括持久存活、在环境中长期生存以及快速增殖率。为任何病原菌制定有效的防控策略都需要了解其毒力机制和寄主响应。植物激素是响应病原菌入侵的第一批信号之一。关于青枯雷尔氏菌及其生命周期、毒力机制和管理策略的信息在文献中已有较多报道。然而，关于其对植物激素的影响以及植物激素对该病原菌响应的综合性信息，以分析性讨论的形式，尚未发表。在本综述中，研究人员讨论了植物激素如何一般性地抵抗病原菌攻击，并特别针对青枯雷尔氏菌侵染作出响应。详细讨论了青枯雷尔菌影响植物激素以发挥毒力活性或作为植物免疫诱导因子的效应蛋白。最后，分析了与病原菌毒力或寄主响应相关的植物激素信号串扰。对青枯雷尔菌侵染的植物激素响应的分析以及与植物激素相关的毒力机制的见解，将有助于开发控制该病原菌的有用且有效的管理措施。此外，本综述将为更深入地研究病原菌毒力机制铺平道路。
1. 引言
本综述聚焦于青枯雷氏菌（R. solanacearum），该病原菌是导致细菌性青枯病的病因，寄主范围极广，可侵染54个科的400多种寄主和非寄主植物。它通过根部侵染寄主植物，进入木质部导管后系统性定殖。其快速增殖会导致寄主植物萎蔫。马铃薯是受其危害的主要作物，此外还包括番茄、烟草、茄子、辣椒、香蕉和花生等，每年在全球造成超过10亿美元的经济损失，是排名第二的重要植物病原细菌。其致病过程可大致分为四个阶段：根部定殖、向地上部移动、木质部导管环状侵染及向皮层质外体的扩散。在此过程中，寄主和病原菌的生理、代谢及分子过程均发生显著改变。寄主植物通过水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯（ET）等信号分子途径触发抗性基因表达，形成互连的防御网络。SA对由抗性基因调控的快速防御反应诱导至关重要，可抑制病原菌扩散并诱导系统获得性抗性（SAR）。JA调控防御基因表达，而ET可诱导植保素和病程相关（PR）蛋白产生，改变细胞壁成分。在抗性品种中，这些信号通路标记基因的表达比感病品种更迅速。研究表明，通过病毒诱导基因沉默（VIGS）敲低番茄中JA、SA、ET通路的关键基因，可导致青枯雷氏菌在茎部的扩散增强，强调了植物激素信号通路在寄主抗性中的核心作用。青枯雷氏菌是半活体营养型细菌，其生命周期不同阶段的行为模式不同。激活ET和SA通路对抵抗青枯雷氏菌至关重要，而JA通路的参与可能有限。不同感染阶段、不同寄主和不同激素对青枯雷氏菌的响应存在差异。本综述旨在收集并分析性地讨论关于植物激素信号对青枯雷氏菌响应的信息。
2. 植物激素对病原菌攻击的响应
植物体内重要的激素包括赤霉素（GA）、生长素、脱落酸（ABA）、细胞分裂素（CK）、乙烯（ET）、茉莉酸酯（JA）、水杨酸（SA）、独脚金内酯和油菜素甾醇（BR）。其中，JA、SA、ET和ABA在调控寄主植物防御系统中起关键作用。ABA主要参与抵御非生物胁迫，而JA、ET和SA已知在抵御生物胁迫中发挥重要作用，其水平在病原菌诱导感染后升高。通常，SA在抵御半活体营养型和活体营养型病原菌的防御反应中起作用，而ET和JA则参与抵御食草昆虫和死体营养型病原菌。SA合成可被病原菌诱导，并在侵染部位触发后，激活寄主植物远端健康组织的防御系统，即系统获得性抗性（SAR）。SA介导NPR1（NONEXPRESSION OF PR GENE 1）去寡聚化，形成单体活性形式，与bZIP类转录因子TGA相互作用，进而促进PR基因表达，激活防御系统。NPR1是SA的受体，可直接通过去寡聚化调控NPR1构象。若干WRKY转录因子在NPR1下游调控植物防御反应中起关键作用。病原菌侵染后，JA水平也会升高，其介导的防御系统激活主要由转录因子JIN1/MYC2（JASMONATE INSENSITIVE 1/MYC2）调控。AP2/ERF（APETALA2/ETHYLENE-RESPONSIVE FACTOR）家族成员也参与JA介导的胁迫响应调控。JA介导的PDF1.2标记基因表达受ERF1、ERF2、ERF5和ERF6调控，从而诱导对死体营养型病原菌的抗性。JAZ（JASMONATE-ZIM-DOMAIN）蛋白在JA响应中起关键阻遏作用。在缺乏生物活性JA（JA-Ile）时，JAZ蛋白与JIN1/MYC2互作，抑制JA介导基因的转录调控。在JA触发条件下，JA-Ile与其受体F-box蛋白COI1（CORONATINE INSENSITIVE1）结合，导致JAZ被26S蛋白酶体降解，从而允许MYC2增强JA靶基因的表达水平。植物防御响应中，ET也扮演多样化角色。其关键信号通路下游的胁迫调控因子是ERFs。响应ET诱导基因表达（ERF1）的转录因子EIN3（ETHYLENE INSENSITIVE3）触发防御反应。EIN2是另一个ET信号正调控因子，在缺乏ET时被CTR1（CONSTITUTIVE TRIPLE RESPONSE）抑制。ET被其受体ETR1（ETHYLENE RESPONSE 1）感知后，该抑制被解除，从而激活ET信号通路。通过ET与JA、SA通路间的协同或拮抗串扰，可引发特化的防御响应。研究表明，多种植物激素之间存在串扰，以促进参与胁迫修复的不同基因的调控与协调。
3. 青枯雷尔氏菌效应蛋白通过调控植物激素抑制和诱导植物免疫
3.1. 效应蛋白作为植物免疫抑制子通过植物激素调控
在寄主与病原菌的协同进化竞争中，病原菌获得了多种增加毒力的策略，以调控寄主激素信号网络，从而加速感染。例如，丁香假单胞菌（Pseudomonas syringae）产生的冠菌素（COR）是JA-Ile（一种活性异亮氨酸JA结合物）的结构和功能类似物。当COR存在时，F-box蛋白COI1可增强JAZ蛋白降解，进而激活JA信号通路。在丁香假单胞菌侵染时，COR诱导的JA信号通路可拮抗性抑制SA介导的信号通路，导致胼胝质沉积延迟和气孔关闭延迟，从而促进细菌感染。青枯雷尔氏菌与许多其他植物病原细菌一样，利用III型分泌系统（T3SS）释放多种III型效应蛋白（T3Es）以成功侵染寄主，帮助细菌克服寄主植物防御系统，创造更有利的体内微环境。青枯雷尔氏菌物种复合体携带大量效应蛋白库，包括超过100个T3Es。许多功能研究表明，青枯雷尔氏菌利用T3Es对抗不同类型的寄主免疫反应。已提出多种青枯雷尔氏菌效应蛋白的生物化学机制，包括基于植物激素的修饰，以帮助细菌抑制寄主植物抗性。效应蛋白RipR（以前称为PopS）通过未知机制抑制SA介导的防御反应。效应蛋白RipAL可激活寄主细胞中JA的产生，从而抑制SA信号通路。效应蛋白RipP2（以前称为PopP2）乙酰化WRKY转录因子的DNA结合域，抑制PTI并正向触发寄主植物防御系统。效应蛋白RipAY通过降解在寄主抗性中起关键作用的三肽（谷胱甘肽）来抑制SA诱导的防御反应和PTI。效应蛋白RipAK通过抑制寄主植物过氧化氢酶活性来抑制超敏反应（HR）。效应蛋白RipAR和RipAW也通过E3泛素连接酶活性抑制PTI。
3.1.1. RipN效应蛋白
RipN由青枯雷尔氏菌大质粒上的rip基因rsp1130编码。序列分析显示RipN含有一个假设的Nudix水解酶结构域。研究表明，RipN表现出典型的Nudix水解酶活性，以ADP-核糖和NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）为底物。RipN定位于细胞核和内质网，通过修饰NADH/NAD+比率，抑制PTI，从而增强细菌在植物体内的生长。在产生RipN的转基因拟南芥中，比较转录组分析显示，植物激素信号转导途径和病原菌-寄主互作途径均得到增强。在产生RipN的叶片中，JA-Ile、JA、JA-Val、GA15和GA24的含量显著升高。JA和GA在植物生长、防御和代谢中至关重要。研究人员推测，增加GA等生长激素的产生可能是青枯雷尔氏菌破坏免疫与植物生长之间平衡，从而增加其定殖和侵染的有益策略。JA在抵御食草昆虫和死体营养型病原菌中起作用，但可抑制对活体营养型和半活体营养型病原菌的抗性。RipN导致寄主细胞中JA和GA积累及生物合成的上调，意味着JA水平的改变使青枯雷尔氏菌能够成功侵染和定殖寄主植物。SA和SAG（水杨酸2-O-β-D-葡萄糖）水平在产生RipN的植物中也显著升高。植物激素通路间的串扰最初被认为是拮抗性的，但在特定条件下，JA和SA通路也可能产生积极影响。
3.1.2. RipE1效应蛋白
RipE1在青枯雷尔氏菌不同系统发育型的多种菌株中保守存在，并通过T3SS分泌。研究表明，RipE1可抑制flg22诱导的活性氧（ROS）爆发，并以蛋白酶活性依赖性方式降低PTI标记基因的表达水平。RipE1与寄主植物细胞核质相关，在植物细胞和酵母中与JAZ4、JAZ9和JAZ10互作，并在共表达时降解细胞核中的JAZ阻遏蛋白。RipE1可触发JA信号，同时抑制SA信号。RipE1表达可增强拟南芥中丁香假单胞菌cor突变体的生长表型。SA和JA信号通路之间存在拮抗相互作用，以应对不同病原菌的侵染策略。JA信号激活释放MYC2转录因子，触发NAC转录因子表达，从而抑制ICSI酶合成，导致SA信号抑制。RipE1效应蛋白在本氏烟中诱导JA信号，同时抑制NbICS1表达。青枯雷尔氏菌在本氏烟中沉默NbICS1可增加其毒力。青枯雷尔氏菌利用JA和SA信号通路间的拮抗相互作用抑制寄主植物中的SA信号，从而促进侵染过程。RipE1优先靶向JAZ4、JAZ9和JAZ10，并通过蛋白酶活性降解它们。拟南芥jaz4-1或jaz10-1功能缺失突变体对丁香假单胞菌表现出高感病性。RipE1与JAZ4的相互作用最强，jaz4-1突变对细菌生长增强的影响最为显著。
3.1.3. RipAL效应蛋白
RipAL（以前称为Rip38）是青枯雷尔氏菌的III型效应蛋白（脂酶样），最初在菌株RS1000中通过基因组范围的III型效应蛋白库筛选鉴定。RipAL可诱导寄主细胞中的JA通路。与丁香假单胞菌的效应蛋白和植物毒素靶向JAZ阻遏蛋白不同，RipAL通过产生JA来触发JA信号。RipAL的中央区域含有一个DAD1样脂酶结构域。DAD1和DAD1样脂酶催化亚油酸释放，亚油酸是JA从细胞脂质生物合成的重要前体。亚细胞定位分析显示，RipAL定位于叶绿体，其DAD1样脂酶结构域靶向寄主植物细胞中的脂质。RipAL为JA生物合成提供前体，靶向叶绿体脂质。JA生物合成依赖于底物可用性，其所有参与合成的酶都定位于叶绿体。RipAL的N端区域对其叶绿体定位很重要。RipAL表达（而非其催化失活突变体）可抑制NbICS1并降低叶片中SA的积累。SA信号受到RipAL通过激活JA信号以及一种不依赖COI1的未知机制的影响。叶绿体在寄主植物防御反应中起重要作用，是JA、SA和ROS的重要产生部位。RipAL表达靶向叶绿体脂质，诱导失绿和叶绿素水平下降。RipAL假定的脂酶活性可能引发叶绿体功能障碍。SA介导的防御反应在寄主植物对青枯雷尔氏菌的抗性中起重要作用。
3.2. 效应蛋白作为植物免疫诱导子通过植物激素调控
效应蛋白一方面作为植物免疫抑制子在病原菌毒力中起重要作用，但其中一些也负责激活植物免疫。病原菌效应蛋白诱导的细胞死亡可能反映寄主细胞毒性，或表明免疫反应激活导致HR反应。SA在免疫反应激活中起关键作用。SA介导的寄主免疫反应的标志是PR1基因。RipE1-GFP（而非催化突变体C12A）表达可显著增加NbPR1转录本积累。RipE1在本氏烟叶片中的表达增加了对青枯雷尔氏菌的抗性。NahG（细菌水杨酸羟化酶）的表达部分抑制了RipE1诱导的细胞死亡、NbPR1表达和离子渗漏。综合来看，RipE1诱导的SA依赖性寄主植物免疫反应导致HR发展。RipE1表达可增强SA积累和NbPR1过表达，这强化了寄主植物免疫系统感知RipE1，从而激活SA合成和SA介导免疫的观点。在拟南芥中，ICSI（异分支酸合成酶1）介导的叶绿体途径在触发SA生物合成中起主要作用。然而，基因表达分析显示，RipE1表达显著降低了本氏烟中拟南芥ICSI同源基因NbICS1的表达，同时增加了NbPR1转录本的积累。苯丙氨酸解氨酶（PAL）途径也可以从苯丙氨酸产生SA。与NbIS1表达相反，RipE1表达上调了许多NbPAL编码基因，催化突变体则无此上调，表明一旦RipE1活性被感知，可能通过该途径调控SA生物合成增强。JA和SA被认为是免疫系统的拮抗性植物激素。然而，具有催化活性的RipE1表达可增强NbAOS和NbLOX2转录本的积累，而非降低JA生物合成相关基因表达。在拟南芥中，AOS和LOX2有助于JA生物合成。同样，RipE1表达可提高JA水平，表明RipE1感知并未阻碍JA信号，反而导致JA生物合成增加和相关基因表达改善。RipE1可增加PAL基因表达以及JA和SA的生物合成。研究表明，一种效应蛋白诱导的免疫反应可被另一种效应蛋白抑制。RipE1表达可激活本氏烟和拟南芥的免疫，尽管这两个物种被认为对青枯雷尔氏菌感病。因此，RipE1诱导的免疫可能在青枯雷尔氏菌侵染期间被T3Es抑制。青枯雷尔氏菌的T3E RipAY能够通过降解谷胱甘肽抑制SA介导的寄主免疫。然而，RipAY如何抑制青枯雷尔氏菌T3E诱导的免疫反应尚不清楚。有趣的是，RipE1在植物组织中的表达增强了本氏烟的免疫，表现为谷胱甘肽积累增加。RipAY表达不影响RipE1积累，但减少了RipE1表达引起的离子渗漏和组织损伤。此外，RipAY抑制了RipE1诱导的多个SA相关基因的过表达，表明RipAY可抑制RipE1诱导的免疫。RipAY并不显著抑制NbAOS或NbLOX2表达，表明RipAY在抑制RipE1诱导的SA反应中起重要作用，并可能部分抑制RipE1诱导的HR。然而，RipAY点突变未观察到谷胱甘肽降解，且未抑制RipE1诱导的免疫反应，表明RipE1诱导的免疫反应在细胞水平上被RipAY通过谷胱甘肽降解抑制。RipE1过表达导致HR激活、SA积累和PR1表达。在拟南芥和本氏烟中，RipE1感知均激活免疫，表明存在两种情况：一是这两个物种存在一个保守的NLR用于识别；二是这两个物种独立进化出了识别RipE1的NLRs。RipE1的识别不依赖于NRC网络或EDS1，表明存在一个不依赖CC-NRC的NLR。尽管RipE1感知导致SA积累，但其相关基因的表达途径似乎不同。ICSI途径在拟南芥植株中病原菌触发的SA生物合成中起重要作用。这与RipE1诱导的AtPR1过表达与AtICSI表达增加相关，而非AtPAL1的观点一致。然而，RipE1在本氏烟中触发的SA水平升高与NbICSI基因表达降低以及多个NbPAL基因表达增强相关。研究表明，PAL途径与ICSI途径相比，在触发RipE1诱导的免疫反应时，ICSI在转录水平被调控，表明两种途径在不同寄主植物物种中对特定类型的免疫是差异必需的。同样，大豆中病原菌侵染诱导的SA生物合成需要PAL和ICSI途径。本氏烟中ICSI表达的降低也表明PAL和ICSI途径之间存在补偿效应。出乎意料的是，RipE1诱导的免疫反应同时导致JA和SA积累，并在拟南芥和本氏烟植株中分别导致中度JA和强SA诱导基因表达。这些结果表明JA和SA在RipE1诱导的免疫反应中起着至关重要的协同作用，可能表明青枯雷尔氏菌的侵染过程比其他植物病原菌更为复杂。
4. 植物激素在植物对青枯雷尔氏菌抗性中的作用
植物激素在调控植物对病原菌的防御中起关键作用。研究表明，SA积累触发寄主植物对入侵的活体营养型病原菌的防御；而ET和JA对抵抗死体营养型病原菌至关重要。ABA和JA触发寄主植物对昆虫和食草动物的防御。各种激素间的相互作用，无论是拮抗还是协同，都有助于植物以最小的产量损失或损害，制定出针对入侵病原菌的有效防御响应。研究表明，编码不同植物激素的基因与多种植物物种对青枯雷尔氏菌的防御相关。在拟南芥根中，已鉴定出2698个差异表达
