研究揭示植物helper免疫受体细胞膜定位和抗病小体形成的机制

植物依赖细胞内免疫受体NLR识别病原菌分泌进入胞内的效应因子（effector），并触发ETI（Effector-Triggered Immunity）免疫。NLR蛋白根据其N末端结构域可分为三类——TIR-NLR（TNL），CC-NLR （CNL）和CCR-NLR（RNL）；根据NLR发挥功能的方式可分为两类——识别effector并起始ETI信号的sensor NLR、作用于sensor NLR下游并进一步转导免疫和细胞死亡信号的helper NLR。TNL和CNL一般作为sensor NLR发挥功能。RNL家族中的ADR1和NRG1以及在茄科中特异存在的NRC（一类特殊的CNL）是已知的helper NLR。目前的模型大致认为helper NLR激活后在细胞膜上多聚化形成抗病小体并作为钙离通道发挥功能，但helper NLR实现细胞膜定位的机制以及形成抗病小体的过程和组分尚不清楚。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心万里团队在《美国科学院院刊》（PNAS）上，在线发表了题为Plasma membrane association and resistosome formation of plant helper immune receptors的研究论文。该研究揭示了植物中的三类helper NLRs（包括NRG1、ADR1和NRC）在激活前后都是通过其N端结构域（CC或CCR）中保守的正电氨基酸残基 (K/R) 与细胞膜上带负电荷的磷脂互作而定位在细胞膜上。进一步的研究发现，被effector激活的TNL可以诱导NRG1的多聚化，且多聚化的NRG1抗病小体中可能只含有NRG1分子。

该研究对不同物种中三类helper NLR的CCR和CC进行蛋白序列比对发现，这个结构域的第2和第4个α螺旋中存在保守的正电荷氨基酸残基位点（K/R），且该保守K/R残基旁侧且会高频富集正电氨基酸残基。在此基础上，科研人员对该保守K/R位点及其临近的正电氨基酸进行突变分析。研究进一步利用protein lipid overlay assay、亚细胞定位分析（荧光共聚焦和亚细胞组分分离提取）和细胞死亡表型分析等技术，确定了鉴定到的保守（K/R）位点对三类helper NLR激活前后膜定位以及发挥细胞死亡功能的重要性。

NRG1在TNL下游介导细胞死亡信号通路，且NRG1需要脂肪酶类似蛋白EDS1和SAG101协同发挥功能。研究表明，effector激活TNL后会诱导NRG1的多聚化并在细胞膜上形成puncta。研究利用各种高度特异性的NRG1突变体（多聚化增强或丧失，细胞膜定位缺失和钙离子通道活性丧失）进一步说明puncta的形成与NRG1的多聚化能力高度相关，且effector激活的NRG1依赖膜定位和钙通道活性发挥功能。此外，研究发现细胞质定位的EDS1/SAG101是effector激活NRG1导致细胞死亡的必要条件，但非变性胶的结果则显示在多聚化的NRG1抗病小体中检测不到EDS1/SAG101的参与。这暗示NRG1通过与EDS1/SAG101互作被激活后，可能有其他未知信号导致EDS1/SAG101与NRG1的解离以及最终NRG1寡聚体的形成。

研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、植物分子遗传国家重点实验室、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。美国北卡罗来纳大学教堂山分校和德国图宾根大学植物分子生物中心的科研人员参与研究。