近日，揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院王瓊博士與日本岡山大學(xué)Yoji Kawano 教授聯(lián)合在Plant, Cell & Environment 雜志上發(fā)表了題為“Three highly conserved hydrophobic residues in the predicted α2 helix of rice NLR protein Pit contribute to its localization and immune induction”的研究論文。該研究揭示了水稻抗病蛋白Pit N末端Coiled-coil結(jié)構(gòu)域中三個(gè)保守氨基酸在其抗稻瘟病及亞細(xì)胞定位中的作用。
水稻是僅次于小麥的世界第二大糧食作物。然而，水稻產(chǎn)量和品質(zhì)一直受到自然病害的嚴(yán)重影響。其中，稻瘟病是目前世界上最具破壞力的真菌病害之一，通?？蓪?dǎo)致水稻產(chǎn)量大幅降低。因此，發(fā)掘抗病蛋白中保守氨基酸并解析其免疫作用機(jī)理可為實(shí)際育種工作提供一定的理論基礎(chǔ)。
包含核苷酸結(jié)合域和富含亮氨酸重復(fù)序列的抗性蛋白（NLRs）家族作為重要的免疫受體（感受器），在動(dòng)植物中均可誘導(dǎo)產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。NLR蛋白的N端可變區(qū)主要分為Coiled-coil（CC）和Toll-interleukin 1 receptor（TIR）兩種類型，在免疫信號(hào)傳導(dǎo)和抗病中發(fā)揮著重要作用。但目前抗病蛋白N末端誘導(dǎo)免疫反應(yīng)的機(jī)制仍不清楚。
研究者于2018年發(fā)表于PNAS雜志的文章中報(bào)道了水稻抗性蛋白Pit將鳥苷酸交換因子（GEF）OsSPK1招募到細(xì)胞膜從而直接激活下游膜定位小G蛋白OsRac1，實(shí)現(xiàn)正調(diào)控水稻免疫的機(jī)制。本研究進(jìn)一步對(duì)抗性蛋白Pit的N末端CC結(jié)構(gòu)域進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CC結(jié)構(gòu)域可介導(dǎo)Pit的寡聚化。分析發(fā)現(xiàn)Pit的CC結(jié)構(gòu)域包含三個(gè)保守的疏水氨基酸（I34，L37，L41），這些氨基酸被報(bào)道參與其他兩個(gè)NLR蛋白（大麥中的MLA10和擬南芥中的RPM1）的寡聚化且對(duì)其免疫活性十分重要。有趣的是，Pit中的這三個(gè)氨基酸并不參與其寡聚化、結(jié)合下游蛋白OsSPK1和OsRac1，但卻對(duì)其抗稻瘟病十分重要。為了解釋這個(gè)現(xiàn)象，我們利用擬南芥NLR蛋白 ZAR1的三級(jí)結(jié)構(gòu)與Pit進(jìn)行同源建模，發(fā)現(xiàn)這三個(gè)保守的氨基酸位于Pit CC結(jié)構(gòu)域的α2螺旋上，并對(duì)Pit的細(xì)胞膜定位是非常關(guān)鍵的。本研究為闡明NLR蛋白的激活機(jī)制、NLR蛋白亞細(xì)胞定位與其免疫功能的關(guān)系提供了新的理論知識(shí)。
本論文第一作者為我院特聘教授王瓊、農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所博士后李玉營(yíng)和日本愛媛果樹研究中心Ken-ichi Kosami博士，通訊作者為日本岡山大學(xué)Yoji Kawano教授。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金等資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pce.14315
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