Cell：中国研究人员揭示小麦中新型八聚体抗性体及其免疫机制

由中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇教授领导的团队及其合作者揭示了一种由激活的小麦 CCG10-NLR 免疫受体形成的新型八聚体抗性体，该抗性体通过独特的通道结构诱导 Ca2+ 内流和免疫反应。

植物的免疫力主要在细胞层面启动，每个细胞都能够自主检测和响应，同时还能协调整个生物体的系统信号传导——这与动物集中式的、以细胞为基础的免疫系统不同。

植物免疫的关键机制之一涉及核苷酸结合的富含亮氨酸重复序列（NLR）免疫受体——这些细胞内受体能够检测病原体的入侵并激活强烈的免疫反应。与表面受体不同，NLR 能够检测病原体注入植物细胞以操纵宿主生物学的效应蛋白。

NLR 是具有三个主要部分的模块化蛋白质。根据其 N 端结构域的结构，它们分为两大类 NLR——Toll/白细胞介素-1 受体样 (TIR) NLR 或卷曲螺旋 (CC) NLR。

激活后，这些NLR会形成多蛋白复合物——称为抗性体——从而执行免疫应答。研究表明，某些抗性体是五聚体（例如ZAR1和Sr35），而另一些则是六聚体（例如NRC2和NRC4）。这些复合物通过触发钙离子（Ca2?）流入细胞质来启动免疫应答^。然而，CC-NLR中的G10型（CC _G10 -NLR）免疫受体构成CC-NLR中的一个独特分支，其激活机制仍知之甚少。

现在，由中国科学院遗传与发育生物学研究所 (IGDB) 刘志勇教授领导的研究团队，与来自森斯伯里实验室、中国科学院分子植物科学卓越创新中心、湘湖实验室（浙江省农业实验室）和郑州大学的合作者一起，在 《细胞_{》杂志上发表了一项研究，揭示了一种由激活的小麦 CC G10} -NLR 免疫受体形成的新型八聚体抗性体，该抗性体 通过独特的通道结构诱导 Ca ^{2+内流和免疫反应。}

本研究聚焦于小麦品种“中科331”的乙基甲磺酸酯（EMS）突变体M3045，该突变体表现出自发免疫表型和显著降低的农艺性状。尽管该突变不利于小麦生长，但它为研究小麦的免疫机制提供了契机。

研究人员通过图谱克隆法鉴定了 小麦自身免疫3  （WAI3）基因，该基因编码CC _{G10 -NLR蛋白。后续分析表明，亮氨酸重复序列（LRR）结构域中单个氨基酸的功能获得性（GOF）突变会导致自身激活，这为研究CC G10} -NLR的激活机制提供了契机。

研究人员在烟草（Nicotiana benthamiana）中表达了 WAI3 蛋白后 ，利用冷冻电镜解析了活化的 WAI3 抗性体的八聚体结构——这是首次在植物中发现八聚体抗性体。

CC _G10 -NLR WAI3 抗性体与已知的抗性体在单体数量和构象上均有所不同，代表了一种新的植物 NLR 抗性体组装机制。

研究人员利用 本氏烟草 和动物细胞表达系统，证实WAI3抗性体能够诱导植物体内Ca2?^内 流，但在动物细胞中无效。他们推测，WAI3抗性体的功能可能需要某些未知的植物特异性因子，类似于另一种CC-NLR蛋白NRC4。

WAI3 抗性体的结构也为研究模式植物 拟南芥（A. thaliana）的免疫机制提供了重要的参考。

基于WAI3的八聚体抗性体结构，研究人员尝试分析 拟南芥中同源蛋白RPS2的结构。尽管蛋白质纯度问题阻碍了通过冷冻电镜解析RPS2的结构，但该研究表明，活化的RPS2形成八聚体抗性体，并 像WAI3一样诱导植物体内Ca2 ^+内流。

该研究结果表明，CC _G10 -NLR免疫受体的激活机制在单子叶植物和双子叶植物中高度保守。

总的来说，除了在植物中发现了一种新的八聚体抗性体——WAI3——之外，这项研究还表明了小麦作为理解植物生物学模型的重要性。