Nature | 植物如何抵御危险的病原体世界？耶鲁大学研究揭示控制植物免疫的关键“开关”！

所有的生物体都进化出了防御机制，以排斥或容忍微生物的威胁。植物占地球生物量的80%，它们不能移动，扎根于含有潜在致命微生物的土壤中，面临着来自入侵病原体的持续威胁。然而，近年来，科学家们发现，植物物种采用了复杂的免疫策略，与人类对抗感染的方式不同，但也有相似之处（Nature | 重磅！英国塞恩斯伯里实验室Jonathan Jones团队揭示植物细胞表面和细胞内受体共同激活对病原菌的防御！Nature | 重磅！中科院植生所辛秀芳团队揭示模式识别受体是NLR介导的植物免疫所必需的！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！Cell | 瑞士洛桑大学研究揭示植物根部免疫系统如何区别对待病原微生物和有益微生物！）。

2021年5月26日，国际顶级学术期刊Nature上发表了美国霍华德-休斯医学研究所/耶鲁大学John MacMicking团队的最新相关研究成果，题为A phase-separated nuclear GBPL circuit controls immunity in plants的研究论文。描述了一个关键的分子"开关"，使植物在面对微生物病原体时能够调动免疫力。这些发现不仅对作物管理和可能保护植物免受气候变化的影响有直接的意义，而且对更好地了解人类的免疫系统也有影响。

在某些方面，植物与人类的关系比我们通常认为的更密切。例如，它们有许多与人类相似的先天免疫基因家族，而且历史上植物被用来建立宿主防御和疾病耐受的基本原则。与人类不同，植物缺乏一个适应性免疫系统，它能"记住"特定的病原体，然后组织一个有针对性的防御。在这项研究中，MacMicking和他的团队探讨了植物对病原体所采用的复杂的细胞自主防御程序。结果发现，它们在定制抗体方面的不足，通过极大地扩展其先天性免疫反应的组谱来弥补，这些反应对所有感染进行了更普遍的防御。

例如，这些策略之一涉及先天性免疫蛋白，它们会蜕变成"凝胶状"，以触发免疫反应。这个过程称为液-液相分离（LLPS），使生物活动集中在细胞内的无膜隔间中，它已经成为理解真核生物中无膜细胞器如何分隔各种细胞活动的核心范式。耶鲁大学的研究团队发现，被称为鸟苷酸结合蛋白（GBPL）GTP酶的植物免疫蛋白在细胞核内创造了液态的隔间，在感染期间创造了驱动宿主防御基因活动的蛋白浓度。这种相分离的隔间还将抑制性蛋白排除在细胞核外，作为空间分离的"开关"的一部分。

植物GBPLs产生凝胶状的隔间，用于防御基因的激活以对抗感染

在拟南芥中，GBPL家族的两个成员GBPL1和GBPL3经历了相位转换行为，以控制转录反应，作为由暴露于生物胁迫所触发的异生开关的一部分。GBPL1是一种伪GTP酶，在基础条件下，它将催化活性的GBPL3固定下来，但当它在免疫信号下进入细胞核时，被GBPL3 LLPS取代，从而驱动形成独特的无膜细胞器，称为GBPL防御激活凝集物（GDACs），科研人员通过原位低温电子断层扫描进行观察。在这些中尺度的GDAC结构中，原生的GBPL3直接与防御基因启动子结合，并招募中介体复合物和RNA聚合酶II机制的特定转录辅助因子，以大规模地重新规划宿主的基因表达，从而达到抗病目的。

图1：含有IDR的GBPLs对植物防御至关重要

图2：防御性激活触发了GBPL1-GBPL3染色质开关，用于核内的免疫凝集物

图3：拟南芥GBPL3免疫凝集物是通过LLPS组装的

图4：GDACs集中了拟南芥防御基因启动子上的RNAPII协同激活子和核GBPL3

液-液相分离是了解细胞如何分隔其生物活动的一个新前沿。所有的生物体，从单细胞细菌到植物再到人类，都在保护它们的基因组免受外界威胁。相分离可能是一种普遍的进化机制，以组织这些防御活动作为细胞自主免疫反应的一部分。

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