Science | 重磅！柴继杰/Jane Parker/常俊标团队鉴定出增强植物免疫力的分子！

到 2050 年，世界粮食产量必须翻一番，才能养活地球上预期的额外20 亿人口。促进粮食生产需要增加许多主要作物的产量。为此，需要制定策略以确保植物对微观传染源更具抵抗力，同时确保食品生产对环境安全。反过来，要实现这一点，就需要详细了解植物免疫系统——植物在面对入侵微生物时所建立的防御机制。

2022年7月7日，国际顶级学术期刊Science发表了清华大学柴继杰教授（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！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！）团队、德国马普植物育种研究所Jane Parker教授（Nature | 颠覆传统观点！德国图宾根大学和马普所研究揭示植物免疫的两个分支紧密相连! 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！）团队与郑州大学/河南师范大学常俊标团队合作发表的两项最新研究成果，题为TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity和Identification and receptor mechanism of TIR-catalyzed small molecules in plant immunity的研究论文。研究发现了驱动关键植物免疫反应的天然细胞分子。这些化合物的所有特征都是植物为开启关键防御控制中心而定制的小型信使。利用这些见解可能使科学家和植物育种者能够设计出使植物（包括许多重要的农作物品种）更加抗病的分子。

在这两项具有里程碑意义的研究中，科研人员已经确定了两类分子，并确定了它们在介导植物细胞内免疫反应中的作用模式。他们的发现为设计生物活性小分子铺平了道路，这些小分子可以让研究人员和植物种植者操纵，从而增强植物对有害微生物的抵抗力。

在分子水平上，植物采用的主要免疫策略涉及称为核苷酸结合富含亮氨酸重复受体的蛋白质，简称NLR。NLR被入侵的微生物激活并启动保护性免疫反应。这些免疫反应在所谓的超敏反应中达到顶峰，这涉及限制病原体的生长，并且通常严格区分感染部位的细胞死亡，类似于截肢以确保身体的存活。一类NLR 蛋白，具有所谓的 toll/interleukin-1 受体(TIR) 结构域，称为TIR-NLR，已被证明可以将信号传递给下游免疫蛋白增强疾病易感性(EDS1) 。较小的含有 TIR的蛋白质也将信号输入EDS1以增强抗病性。EDS1充当控制中心，根据与其相互作用的其他蛋白质的类型，它推动植物细胞限制病原体生长或导致细胞死亡。早期的工作表明，TNL受体和TIR蛋白实际上是病原体诱导的酶。有证据表明，这些TIR酶会产生一个或多个小信使，向细胞内的EDS1发出信号。然而，由TNL或TIR产生的刺激不同免疫反应的精确分子的身份仍然难以捉摸。

科研人员确定，导致免疫或细胞死亡的两个功能性EDS1模块可以由植物细胞内的病原体激活的TNL酶触发。为了识别由TNL或TIR产生并作用于EDS1的小分子，科研人员在昆虫细胞中重构了信号通路的关键成分，该系统允许生产和纯化大量分子，然后可以分离和表征。使用这种方法，科研人员发现了由TNL和TIR产生的两种不同类型的修饰核苷酸分子。这些化合物优先结合并激活不同的EDS1亚复合物。因此，研究证明了不同的EDS1亚复合物识别特定的TIR产生的分子，这些分子作为信息携带化学物质发挥作用，以促进免疫反应。TIR免疫受体和EDS1中枢蛋白存在于许多重要的作物物种中，例如水稻和小麦，研究人员指出，鉴定出的TIR催化小分子可用作控制作物病害的一般和天然免疫刺激剂。了解这些小分子的生化作用模式开启了植物免疫信号传导和疾病管理的全新篇章。

图. 天然植物 TIR 产生的小分子控制两个免疫分支

图. EDS1-PAD4复合物结构鉴定

图. 激活 EDS1-SAG101的‍TIR 催化小分子的鉴定

图. TIR 催化产生 ADPr-ATP、di-ADPR 和 pRib-AMP/ADP 的机制

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