Cell | 重磅研究揭示植物免疫蛋白如何保卫宿主免受微生物入侵！

人类依靠我们的免疫系统来保护自身免受有害微生物引起的疾病。以类似的方式，植物在受到有害微生物入侵时也会产生免疫反应。这些植物免疫反应中的关键角色是所谓的免疫受体，它们检测外来微生物传递的分子的存在，并启动保护性反应以击退入侵者。这些免疫受体的一个子集拥有被称为"白细胞介素-1受体"（TIR）结构域的专门区域，并具有酶的功能，即分解烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）分子的特殊蛋白质，这是一种在所有活细胞中发现的高含量、多功能的小分子。NAD+的分解反过来又激活了更多的免疫蛋白，最终达到所谓的"超敏反应"，这是一种保护机制，导致企图侵染部位的植物细胞死亡，作为保护整个植物的一种有效方式。然而，研究表明，NAD+的分解虽然是必不可少的，但对植物保护来说是不够的，这表明必须有其他机制参与。

2022年5月20日，国际顶级学术期刊Cell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！）的柴继杰（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！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！）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！）团队和新加坡南洋理工大学的吴彬团队合作的最新相关研究成果，题为TIR domains of plant immune receptors are 2′,3′-cAMP/cGMP synthetases mediating cell death的研究论文。

在这篇文章中，科研人员研究了TIR蛋白的功能，并表明这些受体不仅分解NAD+，而且耐人寻味地拥有一个额外的功能：TIR结构域也在处理带有磷酸二酯键的分子，这些分子通常存在于RNA和DNA中，它们在细胞中主要以大型、线性单链或双链分子的形式存在。利用结构分析，科研人员可以表明，TIR蛋白形成不同的多蛋白结构来分解NAD+或RNA/DNA，解释了一个和同一个蛋白如何能够执行两个角色。为了裂解RNA/DNA分子，TIR蛋白沿着RNA/DNA链的轮廓，紧紧缠绕着它们。TIR蛋白形成两种备选分子复合物的能力是整个免疫受体家族的特征。因此，TIR蛋白的确切形状决定了各自的酶活性。

科研人员继续表明，这种功能本身并不足以导致细胞死亡，这表明由RNA和DNA分解产生的特定小分子是负责的。利用分析化学，科学家们可以确定这些分子是cAMP/cGMP（环状单磷酸腺苷/环状单磷酸鸟苷），即所谓的环状核苷酸，存在于所有的生物中。有趣的是，作者的分析表明，TIR结构域并不是已被证实的3',5'-cAMP/cGMP，而是触发了所谓的非经典2',3'-cAMP/cGMP的产生，其确切作用至今仍不清楚。当他们减少TIR介导的2',3'-cAMP/cGMP的产生时，细胞死亡活动受到损害，表明2',3'-cAMP/cGMP分子对植物免疫反应很重要。如果2',3'-cAMP/cGMP能促进植物在应对侵染时的细胞死亡，那么有理由认为它们的水平会被严格控制。事实上，科研人员发现，植物中TIR功能的一个已知的负调节因子NUDT7通过耗尽2',3'-cAMP/cGMP发挥作用。在植物细胞内的侵染过程中，某些病原体微生物也会释放类似的负调控因子，科学家们可以证明这些病原体蛋白也会消耗2',3'-cAMP/cGMP。这表明，入侵的微生物为了自身的利益，已经进化出了解除2',3'-cAMP/cGMP依赖性植物防御机制的巧妙策略。

图 TIR介导的信号传递的工作模型

科研人员已经确定了免疫受体的TIR结构域在保护植物免受侵染方面的一个新作用。展望未来，确定2',3'-cAMP/cGMP的靶标并确定其特征，将为使植物对有害微生物具有更强的抵抗力提出新的策略，并以此为粮食安全做出贡献。

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