中国农业大学植保学院“国家杰青”团队在植物学一区top期刊（IF=9.3）发表成果，设计新型免疫受体对抗稻瘟病
学术
2024-12-22 22:23
江苏
水稻稻瘟病，由稻瘟菌（Magnaporthe oryzae）引发，是对水稻生产构成严重威胁的病害之一。水稻自身的免疫系统主要通过特定的免疫受体来识别稻瘟菌释放的效应蛋白，进而启动抗病反应。然而，这些天然存在的免疫受体通常只能识别特定的效应蛋白，而对其他非对应的效应蛋白无能为力。为了克服这一局限性，科学家们通过人工定向设计新的免疫受体，以期快速获得具有新识别特异性的抗病基因，从而为稻瘟病的绿色防控提供创新的解决方案。水稻中有一类特别重要的成对NLR（nucleotide-binding leucine-rich repeat receptor）免疫受体RGA4和RGA5，其中RGA5作为sensor NLR，通过其HMA（heavy metal-associated）结构域特异性地识别稻瘟菌的MAX（Magnaporthe oryzae AVRs and ToxB-like）效应蛋白AVR-Pia和AVR1-CO39。这种识别激活了helper NLR RGA4介导的抗病机制。基于RGA5/RGA4的识别和激活机制，科学家们可以设计出能够识别不同MAX效应蛋白的新型免疫受体。近日，中国农业大学植保学院彭友良教授和刘俊峰教授团队在《植物学报》《Journal of Integrative Plant Biology》在线发表了题为《改造的感受型NLR受体获得对非MAX效应蛋白的新识别特异性》“A resurfaced sensor NLR confers new recognition specificity to non-MAX effectors” 的研究论文。该研究首次成功设计并验证了一种新的免疫受体——RGA5HMA120，它能够识别非MAX效应蛋白AVR-Pita，这是稻瘟菌中的另一种效应蛋白。研究人员通过筛选与AVR-Pita互作的HMA蛋白，并将这些候选HMA结构域与RGA5的HMA结构域交换，最终确定了RGA5HMA120能够在水稻原生质体中识别AVR-Pita并激活细胞死亡反应。此外，转基因水稻表达RGA5HMA120后，表现出对携带AVR-Pita的稻瘟菌株的抗性。AlphaFold预测和突变体分析进一步揭示了HMA120结构域与AVR-Pita结合的具体界面，证明该界面不同于HMA识别MAX效应蛋白的界面。这项研究表明，HMA结构域可以作为一个理想的平台用于改造免疫受体，以识别稻瘟菌的重要效应蛋白，无论是MAX类还是非MAX类。该研究团队长期致力于水稻成对免疫受体RGA4/RGA5的识别机制研究及免疫受体的定向改造，已经取得了一系列重要进展，包括：1）解析了RGA5 HMA结构域识别效应蛋白的结构基础和稻瘟菌效应蛋白逃避识别的机制 (Zhang et al., Plant J, 2018；Guo et al., PNAS, 2018)；2）设计了多种具有不同识别范围的免疫受体；明确了RGA5 HMA羧基端富含赖氨酸的肽段是激活抗病反应的关键区域及其参与结合和激活的多个区域(Zhang et al., 2024, Nature Communication)。上述研究为水稻持久抗病分子育种提供了有力的支持。图1 分子设计RGA5HMA120识别非MAX效应蛋白AVR-Pita植物保护学院博士生朱彤彤和吴雪丰为该论文的共同第一作者，张鑫副教授和刘俊峰教授为共同通讯作者，彭友良教授指导了课题的设计，Vijai Bhadauria 教授和王冬立副教授也参与了该项研究工作。该研究受到国家自然科学基金重点项目 (32030089)、国家自然科学基金重大项目 (32293244)、拼多多-中国农业大学研究基金(PC2023A01005)的资助。![]()
