在自然界中，植物面临着各种病原体的威胁，从细菌到病毒，再到真菌和昆虫。然而，植物并没有坐以待毙，它们拥有一套复杂的免疫系统来抵御这些入侵者。今天，我们就来聊聊植物免疫系统中的关键角色——NLR蛋白，以及它们如何成为植物的隐形盾牌。
植物免疫系统分为两个层次：模式触发免疫（PTI）和效应器触发免疫（ETI）。PTI是植物的第一道防线，能够识别病原体的通用模式分子。而ETI则是更为精确的防御机制，依赖于植物体内的抗病蛋白，尤其是NLR蛋白[1]。
图1：植物免疫调节过程
图2：植物免疫受体的激活过程
植物NLR蛋白是一类由抗病基因（R基因）编码的蛋白质，具有保守的NBD和LRR结构域，NBD属于信号转导腺苷三磷酸ATP酶STAND超家族成员。植物免疫受体的NBD结构域结合ADP时,受体处于关闭(自抑制)状态,而在结合ATP时,受体则处于开启(激活)状态。
在植物的模型中,N末端的TIR或CC结构域和C末端LRR结构域通过分子内相互作用,抑制NBD结合域发生ATP/ADP交换;在监测到特定的病原效应蛋白时,分子内的相互作用被破坏,NBD结构域从结合ADP的状态转变为结合ATP的状态,NLR受体状态发生变化并驱动NLR的寡聚化,进而启动对病原物的抗性反应[2]。
2024年6月12日，西湖大学柴继杰团队与合作者在《Nature》上发表了关于植物NLR蛋白的突破性研究成果。他们揭示了植物中NLR蛋白的寡聚促进自抑制机制，以及六磷酸肌醇/五磷酸肌醇在植物免疫信号中的新角色。这项研究不仅为理解植物NLR免疫系统的复杂性提供了新视角，也为应对植物病害引起的粮食减产、粮食安全问题提供了新思路
图3：西湖大学柴继杰及其发表的最新文献
联川生物后续将会推出一系列特色服务，服务不同需求的老师，做最懂您的科研需求的伙伴。
先前我们已经推出了转录组的机器学习分析项目，有需求的小伙伴动动手指，回看联川的直播，当然也可以详询当地的销售经理或者您的售后专员。
今天我们又推出了一项特色服务 -- 基于转录组测序的植物免疫转录因子分析。
那么就让小编带领大家来了解本次分析包含哪些内容：
首先，我们引入了Panel的概念，在您的测序结果中整理转录因子Panel。根据PlantTFDB数据库提供的注释信息，整理出您注释为WRKY、MYB、bZIP、 NAC,、ERF和AP2这些家族的基因并添加基因的差异表达情况。让您更专注于您的关注，避免您在上万基因层层筛选浪费您宝贵的科研时间。
表1：植物转录因子Panel
然后是针对转录因子聚类分析。对整理出的转录因子使用基因表达热图展示基因表达模式，根据基因表达模式筛选出符合预期的转录因子，同时也能根据聚类结果筛选可能有相互影响的转录因子。
图4：转录因子基因表达聚类热图
转录因子共表达分析。通过上述的聚类分析，我们已经知道哪些转录因子具有类似的表达模式，那么通过共表达分析我们能更加准确地了解不同转录因子之间变化的强度和方向，发掘可能存在的调控模式。
图5：转录因子共表达分析
转录因子结合在基因启动子区域调控基因的表达，是基因表达量改变最重要的调控方式。因此我们根据JASPAR数据库预测转录因子的靶基因，提供转录因子及其靶基因协同调控植物免疫的新模式供您参考。（注意：JASPAR数据库中如未能收录您所研究的物种，那么该分析可能无法进行。如存疑请详询当地销售经理或售后专员）
图6：转录因子靶基因可视化
信号传导作为植物响应外界环境胁迫早期最主要的方式，发挥着信息传递、激活抗性基因表达的关键性作用。而在植物免疫过程中，茉莉酸和水杨酸是两条重要的信号通路。我们整理GO数据库基因集，对相关生物学过程及信号通路的基因集进行GSEA富集分析，根据富集得分评估相关生物学过程是否有明显变化，从富集分析的角度描绘免疫反应的生物学过程。对通路富集中具有高贡献度的基因绘制表达热图，直观展示基因的表达情况。
图7：茉莉酸、水杨酸GSEA分析折线图
图8：Lead Gene表达热图
Reference：
Ramírez-Zavaleta, C.Y.; García-Barrera, L.J.; Rodríguez-Verástegui, L.L.; Arrieta-Flores, D.; Gregorio-Jorge, J. An Overview of PRR- and NLR-Mediated Immunities: Conserved Signaling Components across the Plant Kingdom That Communicate Both Pathways. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 12974. https://doi.org/10.3390/ijms232112974
Jeffery L. Dangl, Jonathan D. G. Jones ,A pentangular plant inflammasome.Science364,31-32(2019).DOI:10.1126/science.aax0174
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