分子植物卓越中心揭示植物helper免疫受體細胞膜定位和抗病小體形成的機制

　　植物依賴細胞內免疫受體NLR識別病原菌分泌進入胞內的效應因子（effector），并觸發ETI (Effector-Triggered Immunity) 免疫。NLR蛋白根據其N末端結構域可分為三類：TIR-NLR (TNL)，CC-NLR (CNL) 和 CCR-NLR (RNL)；根據NLR發揮功能的方式可分為兩類：識別effector并起始ETI信號的sensor NLR，和作用于sensor NLR下游并進一步轉導免疫和細胞死亡信號的helper NLR。TNL 和 CNL 一般作為sensor NLR發揮功能。RNL家族中的ADR1和NRG1，以及在茄科中特異存在的NRC（一類特殊的 CNL）是已知的helper NLR。目前的模型大致認為helper NLR激活后在細胞膜上多聚化形成抗病小體并作為鈣離通道發揮功能，但helper NLR實現細胞膜定位的機制以及形成抗病小體的過程和組分還不清楚。

　　2023年7月31日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心萬里團隊在PNAS在線發表題為“Plasma membrane association and resistosome formation of plant helper immune receptors”的研究論文。該成果首先揭示植物中的三類helper NLRs（包括NRG1, ADR1 和 NRC）在激活前后都是通過其N端結構域 (CC或CCR) 中保守的正電氨基酸殘基 (K/R) 與細胞膜上帶負電荷的磷脂互作而定位在細胞膜上。進一步的研究發現被effector激活的TNL可以誘導NRG1的多聚化，且多聚化的NRG1抗病小體中可能只含有NRG1分子。

　　該研究首先對不同物種中三類helper NLR的CCR和CC進行蛋白序列比對，發現這個結構域的第2和第4個α螺旋中存在保守的正電荷氨基酸殘基位點(K/R)，且該保守K/R殘基旁側且會高頻富集正電氨基酸殘基。在此基礎上對該保守K/R位點及其臨近的正電氨基酸進行突變分析。進一步利用protein lipid overlay assay、亞細胞定位分析 (熒光共聚焦和亞細胞組分分離提取) 和細胞死亡表型分析等技術，確定了鑒定到的保守(K/R)位點對三類helper NLR激活前后膜定位以及發揮細胞死亡功能的重要性。

　　NRG1在TNL下游介導細胞死亡信號通路，且NRG1需要脂肪酶類似蛋白EDS1和SAG101協同發揮功能。本研究表明effector 激活TNL后會誘導NRG1的多聚化并在細胞膜上形成puncta。研究利用各種高度特異性的NRG1突變體（多聚化增強或喪失，細胞膜定位缺失和鈣離子通道活性喪失）進一步說明puncta的形成與NRG1的多聚化能力高度相關且effector激活的NRG1依賴膜定位和鈣通道活性發揮功能。此外作者還發現細胞質定位的EDS1/SAG101是effector激活 NRG1導致細胞死亡的必要條件，但非變性膠的結果則顯示在多聚化的NRG1抗病小體中并檢測不到EDS1/SAG101的參與。暗示NRG1通過與EDS1/SAG101互作被激活后，可能有其他未知信號導致EDS1/SAG101與NRG1的解離和最終NRG1寡聚體的形成。

　　中國科學院分子植物科學卓越創新中心的博士后王再青和劉曉曉為論文的共同第一作者，中國科學院分子植物科學卓越創新中心萬里研究員為通訊作者。美國北卡羅來納大學教堂山分校生物系的Jeffery L. Dangl教授和Nak Hyun Kim博士，以及德國圖賓根大學植物分子生物中心的Farid EI Kasmi博士參與了該研究工作。中國科學院分子植物科學卓越創新中心喻杰博士，技術服務平臺的殷水寧老師和蔡文娟老師對該研究提供了寶貴的技術支持。該研究得到中科院先導B專項、植物分子遺傳國家重點實驗室、國家自然科學基金和國家博士后基金的資助。