科研成果

植物胞内免疫受体NLR（Nucleotide‐binding and Leucine‐rich Repeat，NLR）能够直接或间接识别病原菌分泌的效应子（effector），迅速启动效应子诱发的免疫反应（ETI），并引发病原菌侵染部位寄主细胞的死亡。前人研究已证实，激活的NLR具有诱导寄主细胞死亡的活性，而且NLR 的活性改变与其结构关系密切。然而，关于NLR活性改变的分子机制，目前研究得还不清楚。同时，由于NLR诱导的细胞死亡和抗病途径的很多组分没有鉴定出来，因此，这两种信号途径的关系还没有明确定论。小麦抗白粉病基因Pm21编码一个具有coiled-coil (CC) 结构域的NLR蛋白(CC-NLR)。然而，关于Pm21蛋白介导抗性的分子机制和细胞死亡活性的调节机制目前还不清楚。

         2020年5月18日，来自于河南大学与江苏大学的研究团队合作在SCI期刊《Molecular Plant Pathology》上在线发表了题为“Pm21 CC domain activity modulated by intramolecular interactions is implicated in cell death and disease resistance”的论文。该论文报道了小麦白粉病抗性蛋白Pm21 CC结构域的诱导细胞死亡活性受分子内不同结构域互作调节，鉴定了CC结构域中对细胞死亡、蛋白自激活和白粉病抗性具有重要作用的氨基酸位点，提出了Pm21调节的细胞死亡途径与白粉病抗性途径可能是两种独立的信号途径。

   在这篇论文中，研究人员发现在烟草中过表达Pm21的CC结构域能够诱导细胞死亡，而其他结构域以及含有CC的CC-NB、全长Pm21蛋白都不能诱导细胞死亡，表明CC结构域具有诱导细胞死亡的活性；全长Pm21蛋白在没有病原菌诱导时处于失活状态。作者进一步通过免疫共沉淀方法检测到CC结构域可以在体内自身互作，形成同源聚体。CC也可以NB和LRR结构域互作，而且NB和LRR也可以相互作用。作者认为，这种分子内不同结构域的互作抑制了CC的活性。作者还鉴定了Pm21蛋白的自激活位点D491，该位点突变后，Pm21蛋白变为组成型激活状态。而且，D491V调节的自激活依赖LRR结构域的参与。

   在之前的研究中，该团队发现CC结构域中某些氨基酸的突变导致Pm21抗性功能丧失。在该项研究中，作者检测了这些氨基酸位点的突变对细胞死亡活性的影响。结果发现，某些氨基酸突变影响了CC结构域的细胞死亡诱导活性。作者进一步将这些突变位点导入到自激活突变体中D491V中，发现其中两个氨基酸位点R73和E80的突变不影响CC结构域的细胞死亡活性，但抑制了D491V调节的全长蛋白的自激活。作者推测，这两个位点可能通过参与全长蛋白分子内结构域的互作来调节Pm21的活性。

综上，该研究初步揭示了Pm21 蛋白的CC结构域在细胞死亡活性方面的分子内调节机制，为研究植物NLR 调节的细胞死亡和抗病信号途径提供了新的线索，同时也扩宽了人们对NLR蛋白结构与功能之间关系的认识。

河南大学生命科学学院高安礼博士为论文第一作者，河南大学李锁平教授和江苏大学何华纲副教授为论文共同通讯作者，河南大学为论文第一署名单位。高安礼指导的本科生巩翼菲、姜源、董瑞翔参与了该项工作。相关研究得到国家自然科学基金-河南省联合基金、河南大学生命科学学院本科生导师制等项目资助。

《Molecular Plant Pathology》是分子植物病理学领域的国际权威期刊，为中科院JCR一区Top期刊，连续三年平均影响因子为4.6。

论文连接：https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mpp.12943