eLife | 塞恩斯伯里实验室Sophien Kamoun团队揭示植物免疫受体与真菌效应因子的高亲和力结合机制！

含核苷酸结合域的富含亮氨酸重复的蛋白质（NLR）构成了一类古老的细胞内免疫受体，赋予植物和动物先天免疫力（Annual Review of Plant Biology | 植物和动物细胞内守护者NLRs的比较概述！）。在植物中，NLR的功能是感知病原体衍生的毒力分子，即所谓的效应因子，并随后激活免疫反应（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！）。植物中大多数经过功能验证的NLR显示出广泛保守的结构域，通常由NB-ARC结构域、LRR区域和N端TIR、CC或CCR结构域组成。然而，与病原体效应因子的共同进化导致了NLR的显著多样化，形成了植物中最多样化的蛋白质家族之一（Plant Cell | 劳伦斯伯克利国家实验室通过种内多样性分析揭示了高度可变的植物免疫受体！）。植物免疫的一个新范例是，一些NLR通过融合非经典的整合结构域（IDs）获得了新的识别特异性，这些结构域介导了对效应因子的感知。虽然NLR-IDs在各种植物家族中都有描述，但对它们的出现和随后的进化却知之甚少。此外，我们对NLR如何适应快速发展的病原体效应因子的知识仍然很稀少。

2021年7月21日，国际权威学术期刊eLife发表了英国东英吉利大学塞恩斯伯里实验室（Science is the lifestyle! 走进英国塞恩斯伯里实验室 (TSL)！）Sophien Kamoun教授（Plant Cell | 塞恩斯伯里实验室Kamoun团队揭示疫霉劫持植物细胞功能并操纵囊泡运输的机制 ！PLOS GENETICS | 塞恩斯伯里实验室Kamoun团队揭示影响稻瘟病菌毒力的微型染色体！塞恩斯伯里实验室Sophien Kamoun课题组解读植物如何诱骗病原菌）团队的最新相关研究成果，题为Two NLR immune receptors acquired high-affinity binding to a fungal effector through convergent evolution of their integrated domain的研究论文。

一组植物NLR免疫受体除了其典型的结构域外，还带有非常规的整合域。一个例子是水稻Pik-1，它包括一个集成的重金属相关（HMA）结构域（PLOS PATHOGENS | 约翰英纳斯中心揭示水稻免疫受体等位基因广谱识别稻瘟病菌效应因子的机制！）。在这篇文章中，研究人员重建了Pik-1及其NLR伙伴Pik-2的进化历史，并测试了关于HMA结构域适应性进化的假设。系统发育分析表明，HMA结构域在1500多万年前的Oryzinae物种进化之前就已经整合到Pik-1中，并且一直处于多样化的选择之下。祖先序列重建加上功能研究表明，Pik-1的两个等位基因变体独立地从弱结合的祖先状态进化到高亲和力的结合稻瘟病菌效应因子AVR-PikD。研究人员的结论是，在其进化历史的大部分时间里，Pik-1的HMA结构域并不感应AVR-PikD，而不同的Pik-1受体最近通过不同的生化途径进化，产生了类似的表型结果。这些发现突出了支撑NLR适应植物病原体进化机制的动态性质。

Pik-1/Pik-2直系同源基因分布在不同的禾本科物种中

与Pik-1的NB-ARC结构域相比，集成的重金属相关（HMA）结构域表现出ω（dN/dS）率的升高

Pikp-1的集成重金属相关（HMA）结构域与AVR-PikD效应因子的关联比其预测的祖先状态更强

Pikp-HMA结构域的IAQVV/LVKIE区域决定了与AVR-PikD的高亲和力结合

祖先HMA（ancheHMA）IAQVV/LVKIE区域内的AV-VE替换增加了与AVR-PikD的结合

Pikp-1:anchHMA_LVKIE*和Pikp-1:anchHMA_LAKIE*介导对AVR-PikD效应因子的免疫反应

Pikm-1重金属相关（HMA）结构域的MKANK/EMVKE区域决定了高亲和力的AVR-PikD结合

ANK-VKE替换对Pikm-HMA适应AVR-PikD的高亲和力结合至关重要

Pikp-1和Pikm-1向AVR-PikD高亲和力结合的分子趋同模型

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