一、生命学院刘坤祥教授课题组在植物细胞钙成像和根冠细胞环境适应机制方向取得新进展
植物激素脱落酸（ABA）调节植物的生长、繁殖及逆境适应性。尽管分子、细胞、生化和遗传证据支持叶、根和保卫细胞中存在密切的ABA-Ca2+信号连接，但ABA刺激的胞质[Ca2+]cyt振荡直接成像仅在保卫细胞中被报导，而在其他器官和细胞类型中ABA是否可诱发Ca2+浓度变化则存在争议。
近日，西北农林科技大学生命科学学院、未来农业研究院刘坤祥教授领衔的植物氮素营养团队和哈佛医学院Jen Sheen课题组在国际著名学术期刊Nature Plants在线发表了题为ABA-activated low-nanomolar Ca2+-CPK signalling controls root cap cycle plasticity and stress adaptation的研究论文。该研究开发了可用来侦测低纳摩尔浓度变化的基因编码钙离子指示剂工具，可视化和量化了ABA在各种植物器官和细胞类型中诱导的Ca2+信号，发现了ABA能够调控植物根冠细胞生长脱落，并揭示了植物受盐胁迫后，ABA在根冠细胞借由Ca2+-CPK10/30/32通路来调控根冠细胞发育的新功能。
CRS钙指示剂在植物叶肉细胞及植物根系不同组织细胞中检测ABA诱导的钙变化
在该研究中，作者开发和使用具有纳摩尔级别和大动态范围的遗传编码比率型Ca2+指示剂（CRS）可视化了ABA在不同器官和细胞类型中触发的Ca2+浓度变化。具亚细胞器定位的CRS揭示了始于细胞质膜、到细胞质再到细胞核振荡的具时空分辨率的特异性Ca2+信号。ABA通过受体PYR/PYLs和SNRK2.2,2.3,2.6激活了纳摩尔级的Ca2+浓度变化。根冠通过感应环境刺激和触发各种趋向性，在保护干细胞生态位和调节根的定向生长方面起着至关重要的作用。从细胞分裂到脱落，根帽的快速精确更新对于植物适应不同的环境条件至关重要。盐胁迫抑制根系伸长并改变根系生长方向，钙水平增加是对盐胁迫的早期反应。这种动态的周转过程使根帽能够有效地管理和应对环境挑战，确保保护干细胞生态位和最佳的根生长和发育。作者进一步发现盐胁迫会明显抑制根冠细胞的生长和脱落。在根尖细胞盐胁迫诱导ABA累积进而诱导了低浓度纳摩尔级别的Ca2+浓度变化进而激活CPK10,30,32蛋白激酶，抑制决定细胞命运的关键转录因子以及对根冠成熟和脱落相关的酶表达。该研究揭示了盐害抑制根冠周期，而ABA-Ca2+-CPK信号途径参与并调节根冠周期的可塑性，以适应不利环境。
该研究主要由西北农林科技大学刘坤祥教授课题组完成。生命学院博士后林子炜为论文第一作者，博士研究生张锐媛，已毕业硕士郭莹、李一鸣以及哈佛大学遗传学系Yue Wu研究员参与此项研究。刘坤祥教授及哈佛大学医学院Jen Sheen教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和西北农林科技大学前沿交叉创新团队计划资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01865-y
二、生命学院刘杰教授课题组发现NLR蛋白介导小麦抗条锈病新机制
核苷酸结合和富亮氨酸重复序列（NLR）蛋白作为细胞内免疫受体，感知病原体攻击启动免疫反应。激活的NLR蛋白聚合形成抗病小体，诱导程序性细胞凋亡。植物NLR免疫受体蛋白的三维结构解析与生物学功能研究从分子水平上揭示了植物NLR受体对病原生物效应蛋白的识别机制、受体多聚体化以及免疫信号激活机制。然而，NLR蛋白启动下游信号转导途径抵抗病原体入侵的分子机制仍然知之甚少。
近日，西北农林科技大学生命科学学院刘杰教授课题组在Plant Physiology在线发表了题为“The wheat CC-NBS-LRR protein TaRGA3 confers resistance to stripe rust by suppressing Ascorbate peroxidase 6 activity”的研究论文。该研究发现，小麦NLR蛋白TaRGA3通过抑制抗坏血酸过氧化物酶TaAPX6活性促进ROS积累以提高小麦对条锈病的抗性。
研究人员发现小麦NLR蛋白TaRGA3响应条锈菌侵染显著上调表达。TaRGA3全长及CC结构域能够诱导细胞坏死，其定位于细胞质和细胞核。病毒诱导的基因沉默（VIGS）和过表达分析表明，TaRGA3正调控小麦对条锈病的抗性。此外，通过酵母双杂交、荧光素酶互补和免疫共沉淀实验，证实了TaRGA3与小麦抗坏血酸过氧化物酶TaAPX6互作。进一步分析发现，TaRGA3的CC结构域与TaAPX6特异性互作，导致TaAPX6酶活性明显降低。此外，发现TaAPX6通过清除ROS负调控小麦对条锈菌的抗性。综上所述， NLR蛋白TaRGA3可能通过抑制TaAPX6活性促进ROS积累来增强小麦对条锈病的抗性，而且发现过表达TaRGA3并不影响小麦的农艺性状，具有潜在的应用价值。研究成果为作物病害遗传改良提供理论依据和基因资源。
植物免疫团队刘杰教授为本文的通讯作者，博士生房楠楠为论文第一作者，康振生院士提供了重要帮助和支持。本研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，陕西省自然科学基础研究计划等项目的资助。
论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39556767/
