Cell | 英国塞恩斯伯里实验室Jonathan Jones团队点评：引导植物免疫！

植物的先天免疫依赖于病原体的感知；成功的病原体必须躲避监测。在植物中，病原体相关分子模式（PAMPs）被细胞表面的模式识别受体（PRRs）识别，从而导致模式触发免疫（PTI）。PTI被病原体分泌的效应因子抑制，这些效应因子可以被核苷酸结合的富含亮氨酸的重复受体（NLR）蛋白识别，导致效应因子触发免疫（ETI）（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！Annual Review of Plant Biology | 植物和动物细胞内守护者NLRs的比较概述！Nature Reviews Immunology | 重磅！Paul Schulze-Lefert综述NLR介导的植物免疫！）。病原体诱导的ETI可导致双相钙内流，这对NLR介导的抵抗力至关重要。然而，钙离子内流被NLR触发的机制并不清楚。

在本期国际顶级学术期刊Cell中（Cell | 重磅！中科院遗传发育所周俭民等人研究揭示抗病蛋白如何保护植物免受病原体的侵害！），科研人员确凿地表明，ZAR1抗病小体在激活后作为一个阳离子通道发挥作用，并阐明了这如何能导致超敏细胞死亡反应（HR）。本期Cell发表了英国塞恩斯伯里实验室（Science is the lifestyle! 走进英国塞恩斯伯里实验室 (TSL)！）Jonathan D.G. Jones团队（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 Communications | 研究发现协调免疫受体与植物防御反应的蛋白复合物！Nature Plants | 塞恩斯伯里实验室Jonathan Jones团队揭示赋予马铃薯持久抗晚疫病的最佳基因！Jonathan Jones 课题组点评：RNA剪接—新型的病原菌效应蛋白靶标）题为Channeling plant immunity的点评文章。

以前的研究揭示了由于识别效应因子而导致ZAR1蛋白复合物（"抗病小体"）形成的结构和构象变化，但其功能后果尚不清楚。ZAR1通过与假激酶和效应因子修饰的类受体细胞质激酶（RLCKs），如RKS1和PBL2联合识别效应因子。在RLCK PBL2被AvrAC（一种由植物病原细菌Xanthomonascampestris分泌的效应因子）尿苷酸化后，NLR/伪激酶异构体ZAR1/RKS1与尿苷酸化的PBL2结合，将ADP从ZAR1排出，并用ATP替代（图1）。由此产生的五聚体抗病小体可能激活了对病原体的抵抗力。抗病小体的结构暗示了一种潜在的机制：N端卷曲螺旋（CC）的α螺旋被重新配置，并结合成一个漏斗状结构，中心腔内有一个带负电荷的羧酸环，对ZAR1激活HR的功能很重要。这种安排提出了ZAR1抗病小体作为阳离子通道功能的可能性，但并没有证明这一点。

科研人员报告了各种方法来证明ZAR1抗病小体确实具有阳离子通道的功能。首先，ZAR1与RKS1、PBL2和AvrAC共同表达在非洲爪蟾卵母细胞中激活了一个离子电流。ZAR1等位基因的Glu11位于中心腔的羧基环上，显示出电流的减少，这意味着Glu11的羧基环对于全部的电流传导活性是必不可少的。ZAR1抗病小体也在平面脂质层中被重新构建。通过使用含有不同离子的溶液组合，科研人员表明ZAR1抗病小体表现出阳离子选择性通道的活性。除了钙，ZAR1抗病小体通道还能渗透到钠、钾、铯和镁阳离子。值得注意的是，镧离子经常被用作钙拮抗剂，以阻断其他众所周知的钙通道活动；测试镧离子是否能穿越ZAR1抗病小体通道或干扰其他离子的传导，将是很有趣的。此外，科研人员将ZAR1与RKS1、PBL2和AvrAC共同表达在由表达钙指示剂的植物产生的原生质体中，ZAR1的激活导致Glu11依赖的细胞钙内流。科研人员表明，由P.syringae传递的AvrAC对ZAR1的激活也导致了叶子中的钙内流。这些数据共同支持了ZAR1在激活后能使钙通道活动的假说。

一个引人注目的创新是，科研人员应用单分子成像显示，ZAR1在原生质体中存在RKS1、PBL2和AvrAC的情况下组装成一个五聚体结构。科研人员用全内反射荧光（TIRF）显微镜跟踪了单个ZAR1分子。这使激活的ZAR1分子形成的五聚体得以可视化，这些五聚体专门聚集在质膜（PM），而不是在内质网。科研人员提出，由ZAR1抗病小体诱导的钙内流引发了多种细胞反应，最终导致HR，包括（1）转染后4小时左右的钙内流；（2）4至6小时左右的快速活性氧积累；（3）6小时左右的叶绿体和液泡的扰动；以及（4）7至9小时左右的PM完整性丧失和细胞破裂（图1）。

图1. PBL2的AvrAC尿苷酸化形成ZAR1抗病小体后的细胞事件

科研人员发现，像ZAR1和以前报道的RPM1一样，其他CC-NLRs如RPS2和RPS5的激活也能诱导钙内流。然而，Glu11残基只在ZAR1和CC-NLR NRC4中保守。值得注意的是，ZAR1和RPM1都是作为独立于其他NLR的单个NLR发挥作用，而RPS2、RPS5和许多其他NLR需要"辅助"NLR才能发挥作用。这些辅助型NLR可能携带一个四α螺旋的N端结构域，该结构域被多样化的蛋白质所共享，如含RPW8结构域的蛋白质和来自不同物种的MLKLs。因此，来自其他具有多样化N端序列、采用四螺旋束结构的NLR的结构信息将有助于概括阳离子通道的机制。与此相一致的是，一项补充研究表明（Science | 重磅研究揭示植物免疫蛋白触发细胞死亡的机制！），辅助性NLRsADR1和NRG1的N端采用四螺旋束结构，与ZAR1的CC结构域相似。值得注意的是，自动活跃的植物辅助性NLRs NRG1和ADR1可以激活哺乳动物细胞中的钙内流和细胞死亡。这表明依赖ADRs和NRG的NLR也通过阳离子通道的形成发出信号，这些阳离子通道是由这些辅助NLR的激活导致的。NRCs和ZAR1中共享的MADA结构域提出了一种可能性，即依赖NRC的NLRs（以及其他MADA型CC-NLRs）的激活也可能导致阳离子通道的形成。

NLR介导的ETI通常发生在PTI存在的情况下，尽管PTI和ETI可以独立激活钙流入，但PTI本身很少足以激活HR。在ETI过程中，其他钙通道是否被激活仍是未知数。此外，鉴于ETI通过上调多种信号成分来增强PTI反应，在自然感染中PTI和ETI共同激活期间的钙内流可能是钙通道活动的组合结果。可以想象，HR的增效可能涉及钙流入PM和其他膜的影响以及多种钙依赖性转录因子的参与之间的协同作用。对NLR机制的这些令人兴奋的新见解为新的实验问题开辟了一条丰富的渠道。

更多精彩内容，点击下方“往期回顾”

点个在看你最好看