写在前面
这次分享一篇略显古老却经典的文献，来自英国TSL Nicholas J. Talbot教授于2012年发表在Science上的"Septin-Mediated Plant Cell Invasion by the Rice Blast Fungus,Magnaporthe oryzae"。
水稻稻瘟病有水稻“癌症”之称，对于水稻稻瘟病的研究，一是从病原菌角度出发，研究其如何致病，从而设计农药的靶点，来杀死或抑制其生长；二是从水稻本身出发，研究其如何抗病，挖掘具有持久抗谱的种质资源。有关稻瘟病的生活史，大家可以去看我这篇文章(https://www.jianshu.com/p/832845f67c29)。
本篇文章主要讲述了四个隔膜蛋白鸟苷三磷酸酶在附着胞中组装一个环状的F -肌动蛋白网络，聚合成一个动态的异寡聚环来实现侵染过程。septin环以依赖Cdc42和Chm1的方式组装，并形成一个扩散屏障，在穿透点附近将Rvs167(inverse-bin-amphiphysin-RVS–domain protein)和Las17(Wiskott-Aldrich syndrome protein)聚集。因此，sepins提供了皮质的硬度和膜曲率，这是刚性侵染钉突出以突破叶片表面所必需的。
稻瘟病菌在侵染过程中会形成附着胞，附着胞能够产生高达8M Pa的压力，并将这种压力转换成机械力来破坏植物叶片表面。附着胞膨大是由于水在甘油浓度梯度下迅速涌入细胞而产生的，在附着胞内由一个专门的、富含黑色素的细胞壁所维持的。而对于附着胞如何破坏角质层的机制还并不清楚。
为了回答上面这个问题，作者首先构建了一个能发光的菌株【采用的是细胞骨架蛋白和RFP的融合】。显微镜下观察发现，骨架蛋白位于附着胞的四周，恰好也是侵染钉刺穿叶片角质层的位置。附着胞刚开始形成的时候是没有细胞壁的，此时真菌的细胞膜直接和叶片表面接触。然后随着附着胞里膨压的积累，间隙壁开始出现，侵染钉开始形成。在侵染植物前，附着胞膨胀过程中，F-肌动蛋白网络的组装表明，附着胞底部的F-肌动蛋白细胞骨架发生了特异性的重新定位，以促进侵染植物。
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为了查明肌动蛋白在这个过程是如何组装的，我们找到了septin蛋白。 septin是一类GTPase，在酵母和人里面是保守的，参与胞质分裂，极性的决定和分泌。septin被认为是重新定位和重组细胞骨架以决定细胞形状，并作为分散的扩散屏障，在各自的亚细胞位置招募和维持特定的蛋白质。我们发现四个septin与酵母里面的cdc蛋白展示出不同程度的相似性。用稻瘟病菌的基因回补酵母septin的突变体发现，胞质分裂的缺陷不能回补，但是细胞分离的缺陷得到了回补。
接下来建立了septin 和GFP的融合蛋白，结果发现，每个septin都能形成大约5.9um大小的环，并且能够和F-actin展示出共定位。在sep6-GFP中，观察到与附着胞环联系在一起的点状结构(1D)。为了理解septin环的本质，我们采用光漂白试验，我们发现15 min后荧光恢复率为87%，与附着胞septin环的动态结构一致(1F)。Co-IP试验证明septin蛋白之间以及与肌动蛋白、微管蛋白和Lte1细胞周期控制蛋白的都存在相互作用。Septins参与菌丝内的胞质分裂，肌球蛋白II的和肌球蛋白轻链到隔膜的定位，隔膜能够分离芽管和附着胞。
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接下来看一下septin蛋白在肌动蛋白组装上的作用，结果发现，Δsep3, Δsep4, Δsep5,Δsep6 突变体中，F-actin 网络是不稳定的(2A)。我们由此推断,由septin支撑的F-肌动蛋白可能在侵染钉出现之前提供皮质刚性，这与酵母出芽生殖类似。在酵母出芽生殖中，F-肌动蛋白链的组装需要Cdc42和形成素Bni1和Bnr1。我们发现在cdc42突变体中，sep3形成了异常的、0.5um大小的环，并且在附着胞中没有中心的septin环；在chm1突变体中没有septin或F-actin网络的形成(2B)。在酵母中，chm1编码一个能磷酸化septin的激酶。综上所述，我们得出结论，septin环对于F-actin环发挥脚手架的作用，F-actin环在附着胞基部组装成环状网络。
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为了测试F -肌动蛋白网络依赖septin的组装是否对稻瘟病菌的侵染至关重要，病原菌接种试验发现，敲掉任一septin，稻瘟病菌的致病力都下降(3A,B)。透射电镜发现，septin突变体不能形成附着胞来有效地破坏植物的角质层(3CD)。
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为了了解皮层F-肌动蛋白网络在附着胞中的本质，我们决定研究附着胞基底的质膜联系。一些F-肌动蛋白与质膜的连接可能通过ezrin, radixin, moesin (ERM)蛋白，ERM蛋白包含C端结合肌动蛋白的结构域和N端结合跨膜蛋白的ERM结构域。我们找到了与酵母中的Tea1有61%相似的ERM 蛋白-TEA1。Tea1-GFP在附着胞上形成点状的环，与F-actin网络和septin网络具有共定位(4A)。在 Δsep5中，Tea1的是错误定位的。 与其他依赖的膜相关蛋白，如STT4定位在附着胞的气孔，与F-actin和septin环是有界限的(4B)。删除sep5 的磷脂酰肌醇结构域后，在菌丝中能够形成正常的septin 环，但在附着胞中却不能形成正常的septin 环(4C)。我们得出结论，septin-PtdIns相互作用和ERM蛋白-肌动蛋白连接发生在附着胞孔。稻瘟病菌中Chm1-GFP也定位于附着胞孔(4D)，与已报道的磷酸化septin一致。
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我们推断，除了作为F-actin的脚手架以外，septin环还可作为扩散屏障，抑制其膜定位蛋白的横向扩散。众所周知，F-BAR蛋白在胞吞过程中的膜内陷中发挥作用，而反向BAR (I-BAR)蛋白则参与了导致细胞突出的膜负曲率。
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最后作者提出这样一个模型，受压的附着胞的各向同性扩张直接在侵染细胞的基部形成机械力。这依赖于附着胞孔上广泛环状F-肌动蛋白网络的组装，以在附着胞最初的无壁区域提供皮质刚性。septin组织肌动蛋白网络，使磷酸肌醇直接连接到质膜，促进ERM蛋白的作用，如Tea1，联系皮层F-肌动蛋白到细胞膜。septin环还作为一个扩散屏障，以确保蛋白质的定位，如Rvs167 I-BAR蛋白，和WASP/WAVE复合体，参与基部侵染钉的出现和F-actin多聚物的形成。
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