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2022年4篇Nature/Science/Cell | 柴继杰等团队合作揭示小麦抗性体的作用机制
iNature
植物核苷酸结合富亮氨酸重复受体 (nucleotide-binding leucine-rich repeat receptors, NLRs) 是细胞内受体，通过直接或间接识别感应在发病过程中传递到植物细胞内的病原体效应物，在植物先天免疫系统中发挥关键作用。
含有NLR (containing NLR, CNL) ZAR1 的双子叶拟南芥卷曲螺旋结构域间接识别病原体效应物进而诱导形成称为 ZAR1 抗性体的大型异源寡聚蛋白复合物，其作为 ZAR1 介导免疫所需的钙通道。然而植物 CNL 中的抗性体和通道活性是否保守仍然未知2022年9月26日，德国科隆大学柴继杰团队、德国马克普朗克植物育种研究所Paul Schulze-Lefert团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所陈宇航团队合作在Nature杂志在线发表题为“A wheat resistosome defines common principles of immune receptor channels”的研究论文，该研究报告了小麦 CNLs Sr35 与小麦茎锈病病原体的效应物 AvrSr35 的冷冻电子显微镜结构。这些结构能够识别 AvrSr35 的密切相关的小麦和大麦孤儿 NLRs 的新变体。研究数据还支持植物中 CNL 抗性体的进化保护，并证明了基于结构的 NLRs 工程用于作物改良的原理。另外，2022年9月21日，清华大学生命学院柴继杰教授、南京农业大学植物保护学院王源超教授、清华大学生命学院韩志富副研究员和南京农业大学植物保护学院王燕副教授共同通讯在Nature 在线发表题为“Plant receptor-like protein activation by a microbial glycoside hydrolase”的研究论文，该研究通过解析受体RXEG1单独(apo-RXEG1)、受体-配体识别(RXEG1-XEG1)和受体-配体-共受体复合物(RXEG1-XEG1-BAK1)等多种不同状态的结构，结合生物化学和植物细胞生物学等手段进一步阐明了其发挥功能的具体机制。该研究阐明了细胞膜受体蛋白RXEG1识别病原菌核心致病因子XEG1激活植物免疫的作用机制，首次揭示了细胞膜受体蛋白具有激活免疫活性和直接抑制致病因子XEG1酶活的双重免疫功能，对认识、合理利用和精准改造植物免疫受体，提高作物广谱抗性具有重要的指导意义。2022年8月22日，南方科技大学郭红卫教授团队与清华大学-德国马克斯普朗克研究所-科隆大学柴继杰教授团队合作在Cell 发表了题为“ Extracellular pH sensing by plant cell-surface peptide-receptor complexes”的研究论文，该研究揭示了细胞表面的小肽-受体复合物作为胞外pH感受器，调控植物生长和免疫的机制（点击阅读）。2022年7月8日，Science 杂志同期背靠背在线发表了来自清华大学生命科学学院/科隆大学柴继杰教授课题组，与马克斯-普朗克植物育种研究所Jane E. Parker教授和郑州大学/河南师范大学常俊标教授合作题为“Identification and receptor mechanism of TIR-catalyzed small molecules in plant immunity”和“TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity”两篇论文。这两项研究发现了植物中广泛存在的两类新型植物免疫信号分子，可以作为通用的天然免疫分子来抵御多种植物病害。该研究为育种家培育更高抗病能力的作物和科学家设计更具保护能力的小分子提供了理论支持。2022年5月20日，科隆大学/清华大学柴继杰，德国马克斯普朗克植物育种研究所Paul Schulze-Lefert及新加坡南洋理工大学吴彬共同通讯在Cell 在线发表题为“TIR domains of plant immune receptors are 2′,3′-cAMP/cGMP synthetases mediating cell death”的研究论文，该研究表明植物 TIR 蛋白除了是 NADase 外，还通过水解 RNA/DNA 充当 2',3'-cAMP/cGMP 合成酶。结构数据显示，TIR 结构域采用具有互斥 NADase 和合成酶活性的不同寡聚体。特异性破坏合成酶活性的突变消除了本氏烟草 (Nb) 中 TIR 介导的细胞死亡，支持这些 cNMP 在 TIR 信号传导中的重要作用。此外，TIR-NLR 信号转导的拟南芥负调节因子 NUDT7 显示 2',3'-cAMP/cGMP 但不显示 3',5'-cAMP/cGMP 磷酸二酯酶活性，并抑制 Nb 中 TIR 的细胞死亡活性。总之，该研究确定了一个 2',3'-cAMP/cGMP 合成酶家族，并确定了它们在植物免疫反应中的关键作用（点击阅读）。
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