Science背靠背 | 中科院分子植物卓越创新中心万里团队、何祖华团队揭示植物免疫激活新机制

中国是一个人口大国和农业大国，粮食安全事关国家安全。近年来，随着全球气候的变化，农作物病虫害爆发频繁。病虫害造成农作物减产和品质下降, 严重威胁国家粮食安全。植物免疫学是农作物抗病虫育种的理论基础。植物的免疫系统通过识别病原微生物而激活免疫反应，其主要包含两个层次。第一层免疫防线PTI依赖于植物细胞表面的模式识别受体。PTI免疫反应相对温和且容易被病原菌突破。第二层免疫防线ETI依赖于植物细胞内的NLR免疫受体特异性识别来自病原菌的效应蛋白。ETI免疫反应强烈有效但具备高度的特异性，只能针对特定的病原菌发挥作用。在没有特定病原菌侵染的情况下，目前缺乏有效的方法来激活植物的ETI免疫反应。植物的一类NLR免疫受体含有TIR结构域。TIR-NLR免疫受体在感知病原菌效应蛋白后被激活并产生信号小分子pRib-AMP。pRib-AMP诱导下游的EDS1-PAD4-ADR1 (EPA)三元蛋白复合体的形成而介导对病原菌的抗性。EPA这个重要的免疫元件在各种植物包括所有农作物中都保守存在，且对植物的抗病性至关重要。

北京时间2024年11月8日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心万里研究团队在Science上发表了题为“Activation of a helper NLR by plant and bacterial TIR immune signaling“的研究论文（First Release），揭示了小分子激活植物免疫的新机制。

该研究发现模式植物的TIR-NLR免疫受体和细菌的TIR免疫受体均可生成2’cADPR这一类小分子作为pRib-AMP的前体。2’cADPR在植物体内被水解生成pRib-AMP，从而激活EPA免疫通路和增强植物的抗病性。2’cADPR是一类很稳定的化学物质，且直接处理植物即可诱导类似于ETI的免疫反应和抗病性。直接利用2’cADPR来激活ETI免疫反应就跳过了植物特定TIR-NLR免疫受体识别特定病原菌效应蛋白这特异性的一步，从而实现激活由ETI介导的广谱抗病性。

由植物细胞内免疫受体NLR介导的ETI免疫反应在植物免疫和农业抗性育种中发挥了极其重要的作用。该研究鉴定到植物和细菌来源的2’cADPR可直接激活植物的ETI免疫反应, 且有望开发成为由ETI介导的能激发广谱抗病性的“生物农药“。这不仅是植物免疫理论上的重要突破，同时也为农作物病害防控提供了全新的免疫手段。同时本研究还暗示植物和细菌的免疫信号在分子层次存在交互，这也为研究免疫信号的跨界提供了新思路。

值得一提的是，Science同期发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队背靠背的研究论文，揭示了禾本科农作物水稻也是依赖于pRib-AMP激活EPA复合体介导抗病性。因此2’cADPR对ETI免疫反应的激活也适用于禾本科农作物。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士研究生于华、徐伟莹和陈思思为论文的共同第一作者，万里研究员为通讯作者。该研究工作得到了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究员的合作和支持。同时，该研究工作得到了国家重点研发计划，植物性状形成与塑造重点实验室，国家自然科学基金面上项目和中科院先导项目等资助。

目前实验室招聘博士后和助理研究员，诚邀有志于植物分子免疫学研究的青年科学家加入。如有意向，请邮件联系lwan@cemps.ac.cn

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr3150

1https://www.science.org/doi/0.1126/science.adr2138