植物細胞內一類免疫受體作為鈣離子通道調控免疫

　　2021年6月17日，美國北卡大學Jeff Dangl實驗室、中科院分子植物科學卓越創新中心萬里研究組和美國杜克大學裴真明實驗室合作在Science發表了題為 Plant “helper” immune receptors are Ca2+-permeable non-selective cation channels 的研究長文，揭示了植物細胞內一類免疫受體作為鈣離子通道調控免疫的分子機理。

　　植物免疫系統識別病原微生物并激活免疫反應，限制病原菌侵染。NB-LRR（NLR）蛋白是植物細胞內主要的免疫受體，通過識別病原微生物效應蛋白引發免疫反應和細胞程序性死亡。植物的 NLR 根據其 N 端的信號轉導結構域可以分為三類: TIR-NB-LRR (TNL)、 CC-NB-LRR (CNL)和CCR-NB-LRR (RNL)。TNL和CNL識別病原菌效應蛋白，RNL不直接識別病原菌效應蛋白，而是作用于 TNL 和 CNL下游，因此稱為helper NLR。RNL包含兩類: NRG1和ADR1。在擬南芥中，NRG1作用于TNL下游介導細胞死亡的發生，而ADR1則作用于TNL下游介導抗性。2019年，中科院分子植物科學卓越創新中心萬里研究員在博士后期間（Jeff Dangl lab）的研究表明，植物TNL識別病原菌被激活后作為NAD+降解酶并產生小的信號分子而引起細胞死亡。而NRG1/ADR1在TNL下游調控調控細胞死亡和抗性的分子機理未知。

　　該研究首先解析了擬南芥NRG1 CCR結構域的晶體結構，并發現CCR與動物中作為陽離子通道引發細胞壞死的MLKL在結構上有很大的相似性。進一步研究發現，在煙草和人癌細胞中表達NRG1的自激活突變體和野生型ADR1都能引起細胞死亡，且死亡表型依賴于質膜定位以及其介導的鈣離子內流。電生理實驗也證實了NRG1的自激活突變體是一個鈣離子通透性但非選擇性的陽離子通道。所有擬南芥的TNL依賴下游的ADR1/NRG1介導免疫，因此該研究揭示了廣泛TNL下游抗性和細胞死亡產生的分子機理。

　　值得一提的是，2021年5月12日，中科院遺傳與發育生物學研究所周儉民、陳宇航、何康敏和清華大學柴繼杰合作在Cell發表論文證實了ZAR1 (CNL) 抗病小體作為Ca2+通道引發細胞死亡和免疫的分子機理（點擊查看：Cell突破！周儉民/陳宇航/何康敏/柴繼杰合作揭示ZAR1抗病小體激活免疫反應的分子機制）。這兩項研究成果綜合闡明了CNL和TNL信號通路中相關NLR被激活作為鈣離子通道引起抗性和細胞死亡的保守機制。

　　美國北卡大學Jeff Dangl實驗室的博士后Pierre Jacob和Nak Hyun Kim為該論文共同第一作者。美國北卡大學Jeff Dangl教授、中科院分子植物科學卓越創新中心萬里研究員和美國杜克大學裴真明教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到了中科院分子植物科學卓越創新中心高層次人才啟動經費，植物分子遺傳國家重點實驗室經費以及中科院先導專項經費的支持。