• 发布日期：2024-04-16
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子科生物报道：发表在《自然》杂志上的一项新研究表明，当我们试图将油和水混合时会出现的现象——相分离，在植物的免疫系统中发挥着重要作用。

在一项开创性的研究中，中国农业大学生物学院宋文教授与西湖大学柴继杰教授团队、德国马克斯普朗克研究所Paul Schulze-Lefert教授团队、北京师范大学刘莉教授团队合作，证明了一类重要的免疫蛋白必须凝结成液滴才能被激活，保护植物免受感染。

在植物基因组中，除了经典的NLR抗病蛋白外，还存在一大类非经典的TIR结构域抗病蛋白。在水稻、小麦、玉米等单子叶粮食作物基因组中，发现仅编码TIR结构域抗病蛋白，但是缺少典型的TIR-NLR抗病蛋白。研究表明，TIR结构域蛋白不仅在病原菌效应因子触发的免疫反应（ETI）中起重要作用，而且也可能参与病原菌模式相关分子模式触发的免疫反应（PTI）。然而，TIR结构域抗病蛋白由于缺少识别病原菌效应因子的LRR结构域和参与NLR寡聚化的NBD模块，其免疫激活的分子机制仍不清楚。

在最新研究中，科学家们试图发现一类名为 Toll/Interleukin-1 受体（TIR）的核苷酸结合富亮氨酸重复（NLR）受体（TNLs）的植物免疫受体是如何被激活的。

TNL是由TIR结构域的存在所定义的，TIR结构域是一种古老的蛋白质模块，在从细菌到哺乳动物的免疫中起作用，但为了激活它们，它们通常依赖于识别来自入侵病原体的分子的额外结构域。TIR结构域作为一种酶，在宿主细胞中消耗对能量代谢很重要的底物。激活的TNL通常会在试图感染的部位触发细胞死亡，作为保护整个植物的保护性反应。

除了典型的TNL外，植物也有TNL缺乏识别入侵者的元素，同时保留促进细胞死亡和保护植物免受感染的能力。虽然人们知道这些被称为 TIR 结构域蛋白的截短 TNLs 在被底物激活时喜欢相互影响，而且一旦被激活，它们就会像酶一样发挥传播免疫反应的功能，但这种情况究竟是如何发生的，人们一直不得而知。

研究人员现在发现，随着植物细胞内TIR结构域蛋白的浓度上升，它们会像水中的油滴一样分离出来——这是蛋白质相互作用的典型特征，从而引发与免疫相关的细胞死亡反应。此外，这些结构不是静态的，因为TIR结构域的蛋白质会不断地进出液滴。

通过酶组合体的浓缩和组织，相分离是提高酶活性的有效途径。形成这种凝聚体在动物免疫蛋白中很常见，尽管已知这种现象对植物免疫反应很重要，但原因尚不清楚。

除了对植物免疫分子如何被激活的基本认识之外，基于相分离的TIR结构域蛋白激活机制的发现可能会对科学家理解植物免疫的不同分支如何相互交流产生影响。

共同通讯作者Schulze-Lefert对大型蛋白质复合物中TIR结构域不同组装的多样性着迷。“进化如何反复找到方法赋予植物、动物和细菌中古老的TIR蛋白结构新的生化特性，这对免疫系统的健壮性至关重要，这真是令人惊讶。”

这一研究揭示了植物非典型TIR结构域抗病蛋白通过底物NAD+/ATP诱导形成凝聚体激活的新机制。其具有的病原菌效应因子非依赖的自主激活特征，赋予了非典型TIR结构域抗病蛋白广泛的参与ETI、PTI所介导的免疫反应，甚至参与非生物胁迫响应的能力。该项研究为在重要的单子叶粮食作物水稻、小麦、玉米中利用这一机制培育广谱抗病作物提供了重要线索。