PLOS Pathogens | Paul Schulze-Lefert团队揭示mla NLR对大麦白粉病菌的特异性免疫机制！

植物已经进化出复杂的先天免疫系统，以保护自己免受病原微生物的侵染（Journal of Biological Chemistry | 深度解读植物免疫系统的分子基础！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！）。在种群水平上，适应宿主的病原菌物种由许多具有独特遗传图谱的分离株组成，这些遗传图谱决定了植物宿主种群的单个物种（基因型）的感染表型。在分离株特异性抗性中，单个宿主品系通常会针对部分病原分离株产生超敏免疫反应。分离株特异性抗性是由植物宿主抗性（R）基因与匹配的病原菌无毒力（AVR）效应蛋白基因（基因对基因模型）之间的遗传相互作用介导的。植物R基因通常编码细胞内核苷酸结合域富含亮氨酸的重复序列受体（NLRs）。这些受体具有特征性的模块化结构域结构，包括可变的N末端螺旋结构（CC）、Toll-白介素（TIR）结构域或HeLo结构域（以真菌HET-S和LOPB蛋白命名）、中央NB-ARC（APAF-1、某些R基因产物和CED-4共享的核苷酸结合衔接子）结构域和C端富含亮氨酸的重复序列（LRR）。LRRs通常构成特定病原菌识别的决定因素（Science | 清华大学和马普所重磅研究！植物免疫受体：一个巴掌拍不响！Science | 重磅！加州伯克利研究揭示植物抗病小体ROQ1识别病原菌效应蛋白新机制！Science | 专家点评：植物NLR免疫受体与植物防御反应！Molecular Plant | 王国梁和宁约瑟团队研究揭示NLR介导的水稻抗病新机制）。NLRs可以通过直接相互作用、受体整合的诱饵或间接检测效应蛋白介导的宿主靶点的改变来检测AVRs。NLRs识别AVRs后，局部宿主细胞的死亡通常与受体介导的免疫有关，但并非一成不变（Nature Reviews Immunology | 重磅！Paul Schulze-Lefert综述NLR介导的植物免疫！Cell Host & Microbe | 加州大学河滨分校金海翎团队揭示染色质重塑蛋白调节植物免疫受体NLRs！）。

近日，国际权威学术期刊PLOS Pathogens发表了德国马克斯·普朗克植物育种研究所（Display your talent！走进德国马克斯普朗克植物育种研究所！）Paul Schulze-Lefert教授（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！）团队的最新相关研究成果，题为The leucine-rich repeats in allelic barley MLA immune receptors define specificity towards sequence-unrelated powdery mildew avirulence effectors with a predicted common RNase-like fold的研究论文。

由真菌Blumeriagraminis forma specialis hordei（Bgh）引起的大麦白粉病可导致这种谷物作物的年产量损失15％。Bgh通过分泌多种效应分子来促进在植物中的毒力，这些效应分子的小蛋白进入其中并改变宿主叶片的免疫和生理状态。作为响应，宿主已经进化出许多抗病基因。Mildew locus a（Mla）抗性基因之所以突出，是因为宿主群体中的多样化已产生了许多编码多域受体的Mla变体，每个变体都可以直接识别分离物特异性Bgh效应子，称为无毒力（AVR_A）效应子。MLA对AVR_A效应子的识别会触发植物免疫反应，这种现象称为分离株特异性抗性，总是导致局部宿主细胞死亡。植物中的NLRs可以检测病原微生物的无毒力AVR。Mla NLR基因已显示出对谷物农作物中多种病原真菌的抗性。

在大麦中，Mla已在宿主群体中进行了等位基因多样化，并赋予了对抗Bgh分离株的特异性免疫。科研人员先前分离了Bgh效应蛋白AVR_A1、AVR_A7、AVR_A9、AVR_A13和等位基因AVR_A10/AVR_A22，它们分别通过匹配MLA1、MLA7、MLA9、MLA13、MLA10和MLA22来识别。本研究中，科研人员通过分离AVR_A6效应蛋白来扩展我们对Bgh效应蛋白库的了解，该AVR_A6效应蛋白属于Haustoria（RALPHs）中表达的无催化活性的RNase类蛋白家族。使用结构预测，本研究还确定了AVR_A1、AVR_A7、AVR_A10/AVR_A22和AVR_A13中的RNase类折叠，这表明等位基因MLA识别特异性可以检测与结构相关的无毒力效应蛋白。为了更好地理解MLA识别效应蛋白的潜在机制，科研人员在植物共表达测定中部署了嵌合体MLA1和MLA6以及嵌合体MLA10和MLA22受体，这表明对AVR_A1、AVR_A6以及等位基因AVR_A10 /AVR_A22的识别特异性很大程度上取决于受体的C末端富含亮氨酸的重复序列（LRR）。无毒效应蛋白杂交体的设计使我们能够鉴定出分别赋予MLA10和MLA22特异性识别所必需的四个特定的AVR_A10和五个特定的AVR_A22氨基酸残基。这表明MLA LRR介导了结构相关的AVR_A效应蛋白的分离株特异性识别。因此，多等位基因MLA受体的功能多样化可以由共同的结构效应蛋白支架驱动，这可以通过在病原菌基因组中的RALPH效应蛋白家族的增殖来促进。该研究可能有助于未来产生具有预定识别特异性的合成免疫受体。

图1. 通过将Mla6近等基因系上的Bgh AVR_a谱与转录多态性相关联，将BLGH_00709（CSEP0254）鉴定为排名最高的AVR_a6候选基因之一

图2. 大麦原生质体和本氏烟草中Mla6和AVR_a6的共表达引起特定的细胞死亡反应

图3. Bgh AVR_A和Bgt AVRPM效应蛋白与序列无关，但与RNase的结构相似

图4. 重组AVR_A6、AVR_A10和AVR_A13效应蛋白不显示核糖核酸酶活性

图5. 植物中MLA1/MLA6嵌合构建体对AVR_A6和AVR_A1的特异性识别

图6. MLA10和MLA22的LRR域在AVR_A10和AVR_A22之间有所区别

图7. MLA10的LRR结构域解释了植物和酵母中与AVR_A10的特异性相互作用

图8. 在本氏烟草中，AVR_A10和AVR_A22嵌合体与MLA10和MLA22共表达

图9. 选择的AVR_A10 / AVR_A22嵌合体与MLA10和MLA22在大麦原生质体中的共表达

图10. 负责特异性识别的AVR_A10氨基酸残基与MLA10受体相互作用的残基相关

图11. 决定MLA10和MLA22识别特异性的AVR_A10和AVR_A22中氨基酸残基的位置

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