由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae) 引起的水稻稻瘟病是危害水稻的重要病害，水稻免疫受体一般仅能够识别稻瘟菌中对应的效应蛋白激活抗病反应，却不能够识别其他非对应效应蛋白，通过人工定向设计免疫受体可快速获得新识别特异性的抗病基因，将为稻瘟病绿色防控提供了新的基因和策略。水稻存在一类重要的成对NLR免疫受体RGA4/RGA5, sensor NLR (RGA5) 利用金属离子结合结构域 (heavy metal-associated, HMA) 特异识别稻瘟菌中对应的Magnaporthe oryzae AVRs and ToxB-like (MAX) - effector效应蛋白AVR-Pia和AVR1-CO39，并激活helper NLR (RGA4) 介导的抗病反应。基于免疫受体RGA5/RGA4识别和激活机制，可以设计出识别不同MAX效应蛋白的免疫受体。
JIPB近日在线发表了中国农业大学植保学院刘俊峰教授和彭友良教授团队题为“A resurfaced sensor NLR confers new recognition specificity to non-MAX effectors” 的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13805)。该论文首次设计了能识别稻瘟菌非MAX效应蛋白AVR-Pita的新免疫受体RGA5HMA120。
在该研究中，研究人员以稻瘟菌非MAX效应蛋白AVR-Pita作为靶点，筛选获得了与AVR-Pita互作的5个候选HMA蛋白。将5个候选HMA结构域分别与RGA5的HMA结构域进行互换，发现由于亲和力和序列长度差异， 5个人候选受体中只有RGA5HMA120能成功在水稻原生质体体系识别AVR-Pita并激活RGA4引起的细胞死亡，表达RGA5HMA120的转基因水稻具备了对表达AVR-Pita的稻瘟菌的抗性。进一步利用AlphaFold预测和突变体分析，明确了HMA120结构域结合AVR-Pita的界面，且该界面与HMA识别MAX效应蛋白的互作界面不同。这一发现表明了针对稻瘟菌的重要效应蛋白，包括MAX类或非MAX效应蛋白，HMA结构域可作为一个理想的改造平台以此来获得新的免疫受体，为拓宽水稻抗性谱提供了切实可行的策略。
图 1. 分子设计RGA5HMA120识别非MAX效应蛋白AVR-Pita
Zhang, X., et al. (2024). The synthetic NLR RGA5HMA5 requires multiple interfaces within and outside the integrated domainfor effector recognition. Nat. Commun. 15, 1104.
Liu, Y. et al. (2021). A designer rice NLR immune receptor confers resistance to the rice blast fungus carrying noncorresponding avirulence effectors. Proc. Natl. Acad.Sci. U. S. A. 118.
Zhang, X. et al. (2018). A positive-charged patch and stabilized hydrophobic core are essential for avirulence function of AvrPib in the rice blast fungus. Plant J. 96, 133-146.
