近日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校生物系Jeffery Dangl院士（一年内两篇Science一篇Nature！北卡教堂山分校Dangl团队在植物免疫和微生物组领域取得重大突破！近5年50篇高水平文章！Jeff Dangl院士团队在植物微生物互作领域取得重大进展！）和英国东英吉利大学塞恩斯伯里实验室Jonathan Jones院士（2021年度合集！英国皇家学会Jonathan Jones院士在植物免疫领域取得重大突破！）联合在国际顶级学术期刊Science发表题为《A common immune response node in diverse plants》的观点论文。
点击阅读两人近期相关研究成果：
Cell | 半个世纪以来植物免疫领域的关键科学突破！开拓性研究为防治作物病害带来希望
植物病害可导致全球粮食生产损失高达30%。作物单一种植特别容易受到影响：在田地里生长于一株植物上的病原体菌株可以感染所有同类植物。对抗植物病害的措施包括化学干预和增强植物的免疫系统。后者可能需要创造具有多种先天免疫受体变体的品种。这些受体能够识别入侵的细菌或真菌送入植物细胞内的毒力蛋白，其识别会触发免疫反应。尽管在过去50年中对植物免疫的研究取得了显著进展，但持久的作物抗病性仍然难以捉摸。在这期的Science期刊中，来自中国的两项研究大大推进了我们对所有开花植物（被子植物）中如何激活病害抗性的理解，而被子植物是陆地植物中最多样化的一组。
点击阅读两篇Science文章：
实现CNS大满贯后，中科院院士团队又在Science取得重要突破！揭示水稻广谱抗病性机制
第一或通讯作者发表《Science》四篇，中科院研究员在小分子激活植物防御机制中取得重要突破
带有N端Toll/白介素-1受体（TIR）结构域的植物胞内核苷酸结合亮氨酸富集重复（NLR）蛋白是一类先天免疫受体（TNLs），其机制已经广泛了解。TNLs与病原体的毒性效应蛋白结合，寡聚化，并形成含有TIR结构域的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸糖苷酶（NADase）酶，产生数种核苷衍生物信号分子。这些衍生物进一步加工成短命产物，作为选择性配体，根据它们的结构驱动预形成的蛋白质异二聚体进行特定的重排，这些异二聚体由类脂肪酶蛋白EDS1和SAG101或PAD4组成。两种类型的EDS1异二聚体然后选择性招募所谓的“辅助NLRs”，即在EDS1-PAD4情况下招募ADR1，或者在EDS1-SAG101情况下招募NRG1。NRG1和ADR1随后寡聚化并形成膜定位的钙通道，激活下游免疫反应，并且特别是对于NRG1，会导致感染的植物细胞死亡。
直到现在，TIR依赖性NADase产物如何结合EDS1-SAG101或EDS1-PAD4并激活辅助NLR的机制尚不明确。配体结合引起位于SAG101或PAD4 C末端的特定α螺旋的旋转。因此，TIR依赖的小分子特异性决定了哪种结构重排会发生。
于华等人报告了来自开花植物拟南芥的EDS1-PAD4-ADR1异三聚体的结构。正如预期，作者观察到TIR衍生的小分子结合驱动预形成的EDS1-PAD4异二聚体中C端PAD4 α螺旋的旋转，从而为ADR1创建了一个对接位点。作者通过突变分析和功能测定验证了在结构上推断的关键氨基酸在ADR1、PAD4和EDS1中的作用。
2′-(5′-磷核糖基)-5′-腺苷单磷酸异构体（即2′cADPR和3′cADPR）及其异构体（称为pRib-AMP/ADP）与TIR依赖性酶促产物之间的功能关系是怎样的？于华等人通过瞬时共表达只能产生这两种产物之一的细菌TIR域毒力因子，在植物叶片组织中促使2′cADPR或3′cADPR的生成。只有那些产生2′cADPR的TIR域能够在活体内驱动EDS1-PAD4-ADR1异三聚体的形成。作者在体外生产并纯化了2′cADPR，并发现它足以驱动纯化的EDS1、PAD4和ADR1蛋白在体外形成异三聚体。这表明2′cADPR是在体内激活由EDS1-PAD4-ADR1组成的免疫复合物的关键信号分子。
于华等人还展示了2′cADPR可以转化为pRib-AMP/ADP。当以高剂量应用于植物叶片时，2′cADPR激活了免疫反应基因的表达（尽管这种带电荷的分子如何穿过细胞膜仍然是个谜）。转录水平上的免疫反应激活在遗传上依赖于EDS1、PAD4和由三个成员组成的ADR基因家族。于华等人提出，2′cADPR转换成EDS1配体，驱动与PAD4和ADR蛋白形成异三聚体。然而，将2′cADPR视为EDS1-PAD4-ADR1异三聚体形成及其后续免疫反应基因激活的正向调节因子的观点，与之前的研究结果存在矛盾，这些研究表明产生2′cADPR的细菌TIR域毒力效应子可以抑制免疫反应或者至少不会激活细胞死亡。需要进一步的工作来解决这些差异。
单子叶植物（如谷类作物）的基因组中缺乏编码TNL的基因，但编码了几种“仅TIR”的蛋白质。它们也编码EDS1、PAD4和ADR1蛋白，但这些蛋白对先天免疫的贡献一直不清楚。武越等人进行了水稻的遗传分析以解决这个问题。他们的研究始于先前关于水稻ROD1（resistance of rice to diseases 1）基因诱导突变的报告，该基因编码一个Ca2+结合的C2类蛋白。ROD1突变通过未知机制导致异常病变和细胞死亡，这是构成性免疫防御激活的标志。为了理解这一现象，武越等人寻找能够废除或减弱ROD1缺失效果的突变。
值得注意的是，废除ROD1突变表型的突变分为四类。其中三类涉及编码水稻同源物OsEDS1、OsPAD4和OsADR1的基因突变。这些突变增加了对稻瘟病菌的易感性，并且所有三种突变都消除了rod1植株增强的抗病性。第四类映射到一个编码仅有TIR结构域的蛋白质OsTIR的基因，这揭示了可能被OsEDS1、OsPAD4和OsADR1感知的信号分子的来源。
在病原体感染时，ROD1被E3泛素连接酶RIP1和APIP6靶向进行降解，从而解除其对免疫的抑制。OsTIR催化pRib-AMP/ADP的生成，触发OsEDS1-OsPAD4-OsADR1免疫复合体的形成。武越等人在昆虫细胞中表达了OsEDS1、OsPAD4和OsADR1，激活了它们的寡聚化，并通过冷冻电子显微镜确定了结合pRib-ADP的OsEDS1、OsPAD4和OsADR1的结构。武越等人的发现证实了Yu等人的结论，即ROD1与OsTIR相互作用并抑制其酶活性。ROD1的突变导致这个复合体的构成性激活。
OsEDS1、OsPAD4和OsADR1是如何贡献于水稻的免疫力？这些蛋白质的突变导致水稻中的免疫反应受损，例如对几丁质（真菌细胞壁成分）产生反应性氧物质的能力下降。OsTIR基因的表达被病原体感染诱导，而带有OsTIR突变的水稻植株在稻瘟病抗性方面也表现出缺陷。武越等人的方法是一个有益的提醒，即正向遗传筛选仍然是新发现的绝佳来源。
两项来自中国的研究统一了植物免疫的一个重要组成部分（图示）。EDS1、PAD4和ADR1组件很可能通过TIR依赖性的异三聚体形成在几乎所有被子植物中贡献于防御（虽然一些具有极少数NLR的水生植物可能缺少它们）。然而，这一事件是由水稻中仅TIR的酶活性去抑制启动的，与拟南芥中全长TNL受体的配体依赖性激活形成对比。因此，尽管单子叶植物中不存在TNL，TIR酶功能的最终结果在大约2亿年的进化过程中得以保持。尚待观察的是，ADR1的激活如何引导转录水平的免疫反应。这些研究对于所有植物先天免疫的基础概念来说是非常重要的确认，因为TIR结构域信号传导支撑着从细菌到人类的先天免疫。
