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发表于 2024-6-21 09:24:40
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Nature:西湖大学柴继杰发现植物免疫调控新机制
6月12日，Nature 在线报道了西湖大学生命科学学院柴继杰团队及合作者的突破性研究成果——他们揭示了植物中NLR蛋白的寡聚促进自抑制机制及六磷酸肌醇/五磷酸肌醇在植物免疫信号中的新角色——简单说，就是他们发现了此前未曾被发现的一类NLR介导植物免疫的独特机制。
这一研究为理解植物 NLR 免疫系统的复杂性提供了新视角，也为应对植物病害引起的粮食减产、粮食安全问题提供了新思路。在长期关注抗病蛋白的过程中，柴继杰团队察觉到，番茄中有一类抗病蛋白似乎“不按理出牌”。
这种抗病蛋白简称NRC蛋白（为植物细胞死亡所需要的一类NLR蛋白）。在番茄中，即便在没有外敌入侵的正常情况下，它的表达量依然比较高。简单理解，蛋白质的表达，意味着进入功能“准备中”的状态，一旦数量过多、浓度过高，很可能会激活“断臂求生”这一步。大量集结的NRC蛋白，随时都有可能在没有病虫害的情况下开启过激免疫战斗的风险。为什么番茄集结了免疫大军，却能始终做到“隐忍不发”？不止番茄，柴继杰团队发现，其他茄科植物比如烟草，也有这样的特性。
他们发现，番茄中的一个NRC蛋白NRC2能够形成二聚体和四聚体，并在浓度增加条件下形成高阶寡聚体。利用冷冻电子显微镜，研究团队展示了NRC2蛋白在这些寡聚体中的非活性构象。结构分析显示，NRC2的二聚化和寡聚化能够稳定其自身的非活性状态，防止其自发激活，即通过不同单体之间的相互作用，保持稳定的自抑制状态。
也就是说，这些蛋白自发形成了一种能防止激活、进入下一步免疫状态的结构形态，并不会鲁莽“作战”引发免疫危机。常规认知里的“浓度高、表达多”会诱发蛋白激活状态，到NRC2身上，反而成了有利于它形成抑制结构的条件。更重要的是，研究团队还发现了磷酸肌醇在维系NRC2蛋白介导的免疫中，起到了重要的“辅助”作用；由于NRC蛋白隶属NLR蛋白，这也是科学家第一次发现NLR蛋白需要辅助因子来发挥免疫作用。
磷酸肌醇是植物能量代谢过程中非常重要的一类有机小分子。研究团队发现，磷酸肌醇与NRC2蛋白有“勾连”——磷酸肌醇与NRC2蛋白的C末端富亮氨酸重复域结合，通过质谱分析就可以验证植物中NRC2确实结合磷酸肌醇，并证明磷酸肌醇的结合对于NRC2介导的细胞死亡反应是必需的。
在随后的对照组实验中：在“去掉”磷酸肌醇后，NRC2蛋白果然就不易被上游效应因子激活，证实了磷酸肌醇在调节NRC2信号传导中起到了关键的辅助因子作用。“这意味着植物的免疫反应信号与植物的能量代谢过程可能关联在一起，同时也提出了一个未来很值得研究的科学新问题。”柴继杰说。
接下来，柴继杰团队还将针对本次发现的辅因子如何在植物免疫中发挥作用，植物能量代谢和免疫如何存在联系，展开进一步的研究。柴继杰说：「 我们希望关于抗病蛋白的知识，能够真正应用到农业生产中，在不影响植物生长，不影响粮食产量的情况下，让植物能够尽量抗病虫害」。对于一个拥有 14 亿人口的大国而言，粮食安全是真正的「国之大者」。
西湖大学生命科学学院讲席教授柴继杰、德国马克斯-普朗克植物育种研究所 Paul Schulze-Lefert 教授及湘湖实验室马守偲研究员为该论文的共同通讯作者。湘湖实验室马守偲研究员与德国马克斯-普朗克植物育种研究所安春鹏博士为该论文的共同第一作者。德国马克斯-普朗克植物育种研究所的 Aaron W. Lawson、Florian Kümmel、Nitika Mukhi 博士，西湖大学生命科学学院曹禺博士、孙玥博士，西湖实验室的韩志富研究员，西湖大学质谱平台的潘晋亨及冯杉博士，科隆大学的 Jan Jirschitzka 博士，新加坡南洋理工大学的 Eddie Yong Jun Tan 及 Bin Wu（吴彬）教授等也为该研究做出了重要贡献。该研究得到科技部重点研发项目及国家自然科学基金的支持。
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