植原体是一类没有细胞壁的细菌，由叶蝉和飞虱等从韧皮部取食的刺吸式昆虫传播，常引起植物丛枝（witches' broom）、花变叶（phyllody）和黄化（yellowing）等症状。植原体通过效应蛋白导致植物丛枝和花变叶的机制已有广泛研究，但如何导致叶片黄化的机制尚不清楚。

2024年5月22日，我司魏太云研究员团队在《PNAS》（《美国国家科学院院刊》）在线发表了题为"A phytoplasma effector destabilizes chloroplastic glzutamine synthetase inducing chlorotic leaves that attract leafhopper vectors"（植原体效应蛋白诱导水稻叶片黄化促进昆虫传播）的研究论文，揭示了水稻橙叶病植原体（Rice orange leaf phytoplasma, ROLP）效应蛋白SRP1通过抑制叶绿体谷氨酰胺合成酶（OsGS2）酶活性，使叶绿体合成受阻，进而使水稻叶片发生黄化现象。叶片黄化能够更加吸引电光叶蝉取食，从而促进ROLP水平传播，为解析ROLP致病机制以及吸引媒介昆虫取食的复杂机制奠定了研究基础。

图1 RLOP侵染导致水稻叶片黄化吸引电光叶蝉取食

图2 SRP1从维管束细胞分泌到叶肉细胞，与水稻叶绿体蛋白OsGS2互作定位于叶肉细胞叶绿体

ROLP由电光叶蝉（Recilia dorsalis）作为主要传播介体，在田间以持久增殖型方式传播的。ROLP可以突破介体组织屏障，在介体内完成侵染循回后，随昆虫取食传播到水稻中，在广东、广西和福建等南方稻区流行。该研究以ROLP效应蛋白SRP1-电光叶蝉-水稻为研究对象。通过生物学实验观察统计发现ROLP侵染导致水稻黄化能够吸引电光叶蝉取食。为进一步明确水稻黄化的机制，通过酵母双杂交筛选、pull-down和Co-IP等实验发现效应蛋白SRP1与OsGS2存在互作，通过OsGS2协助从维管束转运到周围叶肉细胞，并定位于叶绿体。进一步研究发现SRP1结合OsGS2蛋白，破坏水稻OsGS2全酶十聚体结构，从而抑制其酶活性，导致OsGS2代谢途径下游氨基酸产物GLN、GLU以及叶绿素合成的必要前体物质5-ALA的合成受阻，进而阻碍水稻叶绿素的合成，导致水稻叶片黄化。

为进一步阐明SRP1在ROLP侵染导致水稻叶片黄化中的作用，构建了SRP1过表达转基因水稻。实验发现SRP1过表达转基因水稻表现出与水稻橙叶病相似的黄化症状，并且叶绿体结构破坏，OsGS2酶活下降及其介导的代谢途径产物合成降低。实验证明SRP1过表达转基因水稻更能吸引电光叶蝉的取食。因此SRP1导致水稻叶片黄化，从而更加吸引电光叶蝉取食并促进其传播。  

图3 ROLP效应蛋白SRP1导致水稻叶片黄化吸引电光叶蝉取食模型

综上所述，该研究结果揭示了ROLP效应蛋白SRP与OsGS2单体蛋白结合，通过破坏其十聚体结构，致使其酶活性下降，从而抑制水稻植株叶绿素的合成，导致叶片失绿黄化并吸引电光叶蝉取食，促进水稻橙叶病的传播和流行。本研究首次揭示了植原体效应蛋白引发叶片黄化的机制，为植原体效应蛋白功能研究提供了新的理论基础和思路。

我司媒介病毒研究中心魏太云研究员为论文通讯作者，张晓峰副教授和硕士研究生李展鹏、已毕业硕士研究生林汉斌以及硕士研究生程玉为论文第一作者。我司媒介病毒研究中心虫媒传播作物病害机制及生态防控团队致力于昆虫–植物–病原物相互作用机理研究和虫传病害生态防控技术的开发和应用，旨在水稻及其他作物病毒、植原体、柑橘黄龙病等媒介传播病害研究领域开展基础性、前瞻性、多学科交叉融合的创新性研究。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2402911121