Cell Host Microbe | 重磅！德国马普所发现植物独立进化出了与动物相似的免疫蛋白家族

尽管动植物在生理，生境和营养需要方面有很大不同，但动植物面临着一个共同存在的问题：如何在不断暴露于有害微生物的情况下保持自身安全。越来越多的证据表明，动植物已经独立进化出了类似的受体，可以感知病原体分子并启动适当的先天免疫反应。

2020年10月13日，权威期刊Cell Host & Microbe发表了德国马克斯普朗克植物育种所（Display your talent！走进德国马克斯普朗克植物育种研究所！）Takaki Maekawa团队的最新相关研究论文，题为Discovery of a Family of Mixed Lineage Kinase Domain-like Proteinsin Plants and Their Role in Innate Immune Signaling。在发现和表征重要的植物免疫蛋白新家族时，Takaki Maekawa与Paul Schulze-Lefert（近5年37篇高水平文章！Paul Schulze-Lefert院士团队在先天免疫和植物菌群领域取得重大进展！）、柴继杰（New Phytologist | 德国马克斯普朗克植物育种所柴继杰课题组综述植物防御中的结构生物学！）、Kay Hofmann、Jane Parker等人合作，为植物如何保护自身免受微生物侵害提供了有趣的新见解。

在植物、动物和真菌中，受调节的细胞死亡常常伴随着对感染的免疫力。一种普遍的理论认为高度局部化的细胞死亡反应是为了严格限制感染的扩散。尽管从独立的起源开始，这种共同的反应似乎也涉及高度相似的机制：在不同生命中涉及细胞死亡的许多蛋白质都包含一个所谓的HeLo结构域，该结构由四个螺旋组成，导致抗性和细胞死亡。通过干扰细胞膜的完整性或形成离子通道。

含有HeLo结构域的混合谱系激酶结构域类蛋白（MLKL），是一种假激酶，介导动物的细胞死亡。基于动植物免疫系统之间的相似性以及HeLo结构域在细胞死亡中所起的关键作用，Takaki Maekawa及其同事假设植物可能还含有其他具有HeLo结构域的蛋白质。利用生物信息学和结构分析，他们发现了整个种子植物中一个保守的蛋白质家族，该家族在结构上类似于脊椎动物MLKL。这些蛋白质在不同植物物种之间广泛共享，这表明它们对于植物生理至关重要。

为进一步研究，他们将重点放在模式植物拟南芥中表达的MLKL（Molecular Plant | 拟南芥蛋白质组图谱的重塑及在发育和免疫中的共同调控！）。拟南芥基因组编码三个MLKL（AtMLKL），在Toll-白介素1-受体结构域细胞内免疫受体（TNL）介导的疾病抗性中具有重叠功能。AtMLKLs的HeLo结构域可赋予细胞死亡活性，但对于免疫力却是可有可无的。Cryo-EM结构揭示了四聚体构型，其中HeLo结构域被掩埋，暗示了一个自动抑制的复合物。几丁质（一种触发真菌免疫力的分子）降低了AtMLKL1沿着微管的移动性。一个AtMLKL1拟磷酸化变体展表现出降低的流动性，增强了免疫力。结合预计的植物辅助NLRs中HeLo结构域的存在，科研人员的数据揭示了HeLo结构域蛋白对于TNL依赖性免疫的重要性，并论证了由MLKLs介导的细胞死亡非依赖性免疫机制。

图1植物基因组编码类似于动物MLKL的蛋白质

图2 AtMLKL3四聚体的结构

图3 AtMLKL3的HeLo域的结构

图4拟南芥MLKL赋予对活体营养型真菌，卵菌和病原细菌的抗性

图5拟磷酸化AtMLKL1变体的细胞死亡活性和抗病性

图6 AtMLKL1和AtMLKL3的HeLo域足以导致细胞死亡

图7 AtMLKL1的细胞内定位

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