科研成果 | 清华大学柴继杰课题组与合作者首次揭示植物TNL类抗病蛋白激活的分子机制
之前的研究发现,拟南芥的RPP1是TNL类抗病蛋白的典型代表,主要由N端TIR结构域、中间NOD (Nucleotide binding oligomerization domain) 结构域以及C端亮氨酸重复 (Leucine rich repeat, LRR) 结构域组成。植物叶片在被植物病原菌Hyaloperonospora arabidopsis侵染过程中会分泌一类效应蛋白ATR1,RPP1通过识别ATR1继而引起ETI【8】。
2020年12月4日,结构生物学高精尖创新中心柴继杰课题组和德国马克斯-普朗克植物育种研究所Jane Parker课题组、Paul Schulze-Lefert课题组合作在Science 发表了题为Direct pathogen-induced assembly of an NLR immune receptor complex to form a holoenzyme 的研究论文,首次揭示了植物TNL类抗病蛋白RPP1直接识别其效应蛋白ATR1后激活并形成全酶的分子机制。此外,Science同期还配发了题为Enzyme formation by immune receptors的评论文章。
NAD+水解机制的发现
综上所述,该研究首次报道了植物TNL类抗病蛋白RPP1直接识别并结合效应蛋白ATR1、形成抗病小体并作为全酶促进NAD+水解的分子机制。这些结果促进了TNL下游免疫通路信号传递机制的研究,为理解植物TNL类抗病蛋白活化机制提供了范式。
柴继杰课题组一直致力于NLR家族受体的作用机制。继此前揭示了CNL类受体ZAR1的自抑制与活化机制后,此次又首次报道了TNL受体RPP1配体识别以及活化的分子机制。作为植物两大类NLR受体CNL和TNL的代表,ZAR1与RPP1的研究成果是植物抗病蛋白研究领域数十年来一直期待的重大突破。
清华大学生命学院13级博士研究生马守偲、德国马克斯-普朗克植物育种研究所博士后Dmitry Lapin、刘莉,清华大学生命学院18级博士研究生孙玥和德国科隆大学博士后宋文为本文的共同第一作者。结构生物学高精尖创新中心柴继杰教授、德国马克斯-普朗克植物育种研究所的Jane Parker教授和Paul Schulze-Lefert教授为本文共同通讯作者。北京结构生物学高精尖创新中心已出站博士后张晓骁,德国马克斯-普朗克植物育种研究所的Elke Logemann、于东立,德国科隆大学的Jan Jirschitzka,结构生物学高精尖创新中心王家、副研究员韩志富也参与了本项研究。本研究得到了国家自然科学基金、北京结构生物学高精尖创新中心、清华-北大生命科学联合中心、德国洪堡基金会和德国科学基金会的经费支持。
【1】T. Maekawa, T. A. Kufer, P. Schulze-Lefert, NLR functions in plant and animal immune systems: so far and yet so close. Nature immunology 12, 817-826 (2011).
【2】Stuart, L.M., Paquette, N., and Boyer, L. (2013). Effector-triggered versus pattern-triggered immunity: how animals sense pathogens. Nat. Rev. Immunol. 13, 199-206.
【3】J. Wang et al., Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity. Science 364, eaav5870 (2019).
【4】J. Wang et al., Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex. Science 364, eaav5868 (2019).
【5】L. Wan et al., TIR domains of plant immune receptors are NAD(+)-cleaving enzymes that promote cell death. Science 365, 799-803 (2019).
【6】S. Horsefield et al., NAD(+) cleavage activity by animal and plant TIR domains in cell death pathways. Science 365, 793-799 (2019).
【7】D. Lapin et al., A Coevolved EDS1-SAG101-NRG1 Module Mediates Cell Death Signaling by TIR-Domain Immune Receptors. The Plant cell 31, 2430-2455 (2019).
【8】M. A. Botella et al., Three genes of the Arabidopsis RPP1 complex resistance locus recognize distinct Peronospora parasitica avirulence determinants. The Plant cell 10, 1847-1860 (1998).
论文链接
https://science.sciencemag.org/content/370/6521/eabe3069
来源:结构生物学高精尖创新中心
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