2024年2月16日，清华大学/西湖大学柴继杰教授团队、南京农业大学王源超教授团队与合作者在Science上发表了题为A plant mechanism of hijacking pathogen virulence factors to trigger innate immunity的研究论文，揭示了植物通过劫持病原体细胞壁降解酶的活性来促进植物免疫的全新分子机制。
果胶多聚半乳糖醛酸水解酶（polygalacturonase, PG）在多种植物病原体（细菌、真菌、卵菌、线虫和昆虫）中均有发现。PG是病原体入侵植物过程中最早分泌的细胞壁降解酶之一，它对病原体的致病性必不可少。PG可以将果胶多聚半乳糖醛酸（polygalacturonic acid, PGA）水解成低聚半乳糖醛酸（oligogalacturonic acid, OG）。植物通过分泌PG抑制蛋白（PG-inhibiting protein, PGIP）来抑制PG酶活性。PGIP是仅含有胞外亮氨酸重复（LRR）结构域的蛋白，在所有高等植物基因组中均有编码。
该研究首次解析了分辨率为1.93?菜豆PGIP (PvPGIP2)与镰刀菌PG (FpPG) 复合物结构。出乎意料的是，与之前所有报道的相关复合物结构不同，PvPGIP2并未结合在FpPG的酶活中心处，这表明PvPGIP2有不同的FpPG抑制机制。
体外酶活实验与植物功能实验表明：PvPGIP2-FpPG水解PGA的OG产物中含有比例较大的长链OG （OG10-15），其作为免疫激活子可诱导植物PTI响应；而FpPG水解PGA的产物中含有比例较大的短链OG （OG2-7），几乎不含有长链OG10-15。OG2-7可以有效地抑制PTI响应。因此，PvPGIP2巧妙地利用了病原体FpPG的酶活性，通过改变病原体FpPG酶活产物的分布，从而激活植物PTI响应。
研究人员进一步揭示了PGIP-PG生成长链OG10-15的分子机制：PvPGIP2与FpPG结合后形成了一个全新的、更长的底物OG结合口袋，PvPGIP2增强了底物OG与FpPG的结合能力。PvPGIP2-FpPG是一个全新的多聚半乳糖醛酸水解酶，它与FpPG具有不同的底物选择性和催化活性。以解析的高分辨率PvPGIP2-FpPG复合物结构为基础，研究者对PGIP进行了工程化改造。结果表明，改造后的PGIP具有了产生更多OG10-15的能力，并且能够使得改造后的PGIP获得新的PG识别功能。
综上所述，该研究揭示了PGIP-PG介导植物免疫的分子机制。目前已有很多证据表明病原体利用效应蛋白劫持宿主体内信号通路、抑制植物免疫以促进其侵染宿主。该研究显示植物可以利用类似的机制，反向劫持病原体效应蛋白，从而激活植物免疫。该研究为植物与病原体互作领域提供了一个全新的研究范式，也为植物抗病育种提供了新的策略。同时，该项研究也为研究动物与病原体互作提供了思路。
