植物PTI天然免疫信号转导研究进展

病害是危害农业生产的重要因素之一,植物对于病原菌的抗性依赖于植物的天然免疫(plant innate immunity)系统。因此,对于植物天然免疫的研究将为农作物抗病育种提供重要理论基础。植物天然免疫系统包含彼此相互关联的两个层面,即PTI(PAMP-triggered immunity)和ETI(effector-triggered immunity)。近年来,国内外对于PTI的研究取得了一系列重要进展。PTI是由病原物相关分子模式PAMP(pathogen-associated molecular pattern)所诱发的植物免疫反应。PAMP被位于植物细胞表面的受体识别后,将免疫信号通过胞质类受体激酶BIK1(Botrytis-induced kinase 1)、MAPK级联、CDPK(calcium-dependent protein kinase)等向下游传递,诱导活性氧的爆发、气孔的关闭、免疫基因的表达等,从而抑制病原微生物的生长。免疫信号在传递过程中会在多个层次上被精细调控,以保证合适的反应强度和持续时间。本文从植物免疫受体FLS2及其他免疫受体的发现、免疫信号转导组分的发现以及其生物学功能、参与天然免疫的转录因子、植物免疫反应的负调控及植物天然免疫在抗病育种中的应用等方面综述了近年来植物PTI天然免疫的分子机理和信号转导方面的研究进展。并对该领域的发展提出展望,我们认为农作物天然免疫信号转导和作物与致病真菌互作系统的研究将会是未来研究的重点和主要方向,天然免疫的重要理论与基因编辑技术的结合,必将使作物抗病育种迎来新时代。

植物免疫激酶AtCERK1的重组表达与结晶研究

植物免疫激酶中的CERK1(chitin elicitor receptor kinase 1)家族是能够感知细菌及真菌侵染的模式识别受体。此类受体蛋白可以通过识别多糖类的病原微生物相关分子,引起病原微生物相关分子模式触发的免疫反应,是植物产生先天性免疫应答以应对微生物感染的重要元件,同时也是诱导植物-微生物共生的关键蛋白质。为推进CERK1激酶区真实蛋白质三维空间构象的解析,本研究针对拟南芥源的CERK1蛋白构建了野生型及突变型AtCERK1的E.coli-pRSF原核表达系统,经原核表达得到带有6个His标签的融合蛋白,经镍柱亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析等一系列纯化过程得到高纯度蛋白质样品后对其进行结晶条件筛选。最终,AtCERK1^(F460V)突变型成功在0.2 mol/L氟化铵和20%PEG3350溶液环境中析出蛋白质晶体。经上海光源BL17U1线站采集,蛋白质晶体X射线衍射数据的分辨率为3.2A。综上所述,本研究成功获得了高纯度的AtCERK1蛋白样品,且突变型蛋白质成功析出晶体;同时,利用X射线收取了一套中等分辨率的衍射数据,为AtCERK1介导的植物免疫的结构机理进行了实验探索。

模式识别受体的胞内转运及其在植物免疫中的作用

植物利用细胞表面模式识别受体(PRRs)来感知病原相关分子模式(PAMPs),进而触发自身的免疫反应(PTI)。在植物免疫过程中,PRRs在细胞内的正确定位对其生理功能的发挥至关重要。PRRs蛋白可以在内质网(ER)上合成,并通过胞吐被分泌到质膜(PM)上。此外,PRRs蛋白也可以通过胞吞进行胞内循环或降解。细胞可以通过胞内转运降解PRRs蛋白以终止信号转导,也可以通过形成胞内体进行信号传递。该文概述了PRRs蛋白及其配体的研究进展以及PRRs蛋白的胞内转运在植物免疫中的重要作用。

两类免疫受体强强联手筑牢植物免疫防线

植物先天免疫系统在抵御病原菌入侵过程中发挥至关重要的作用,主要包括两个层次,即病原菌相关分子模式和效应因子分别触发的PTI和ETI免疫反应。PTI和ETI分别由植物细胞膜表面模式识别受体(PRRs)和胞内免疫受体(NLRs)激活,具有特异的激活机制,但是两者激活的下游免疫事件相互重叠。PTI和ETI是否为泾渭分明的两道防线,以及ETI与PTI下游事件为何如此相似,一直是植物免疫领域最受关注的问题之一。最近,中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳团队与合作者利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)与丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)互作系统对PTI和ETI在机制上的联系进行了研究。他们发现PRRs和共受体参与ETI,而活性氧的产生是联系PRRs和NLRs所介导的免疫早期信号事件。他们还发现NLRs信号能够迅速增强PTI关键因子的转录和蛋白水平,PTI的增强在ETI免疫反应中不可或缺。该研究从机制上解析了植物免疫领域中长期悬而未决的PTI与ETI相似性之谜,是该领域的一项突破性进展,为未来作物分子设计育种提供了新的启示。