扬州大学王琼博士合作揭示水稻抗病蛋白Pit中保守氨基酸的免疫新功能

来源：BioArt植物

近日，扬州大学王琼博士与日本冈山大学Yoji Kawano 教授联合在Plant, Cell & Environment 杂志上发表了题为“Three highly conserved hydrophobic residues in the predicted α2 helix of rice NLR protein Pit contribute to its localization and immune induction”的研究论文，揭示了水稻抗病蛋白Pit N末端Coiled-coil结构域中三个保守氨基酸在其抗稻瘟病及亚细胞定位中的作用。

水稻是仅次于小麦的世界第二大粮食作物。然而，水稻产量和品质一直受到自然病害的严重影响。其中，稻瘟病是目前世界上最具破坏力的真菌病害之一，通常可导致水稻产量大幅降低。因此，发掘抗病蛋白中保守氨基酸并解析其免疫作用机理可为实际育种工作提供一定的理论基础。

包含核苷酸结合域和富含亮氨酸重复序列的抗性蛋白(NLRs)家族作为重要的免疫受体(感受器)，在动植物中均可诱导产生强烈的免疫反应。NLR蛋白的N端可变区主要分为Coiled-coil（CC）和Toll-interleukin 1 receptor（TIR）两种类型，在免疫信号传导和抗病中发挥着重要作用。但目前抗病蛋白N末端诱导免疫反应的机制仍不清楚。

研究者于2018年发表于PNAS杂志的文章中报道了水稻抗性蛋白Pit将鸟苷酸交换因子（GEF）OsSPK1招募到细胞膜从而直接激活下游膜定位小G蛋白OsRac1，实现正调控水稻免疫的机制。本研究进一步对抗性蛋白Pit的N末端CC结构域进行分析，发现CC结构域可介导Pit的寡聚化。分析发现Pit的CC结构域包含三个保守的疏水氨基酸（I34， L37，L41），这些氨基酸被报道参与其他两个NLR蛋白（大麦中的MLA10和拟南芥中的RPM1）的寡聚化且对其免疫活性十分重要。有趣的是，Pit中的这三个氨基酸并不参与其寡聚化、结合下游蛋白OsSPK1和OsRac1，但却对其抗稻瘟病十分重要。为了解释这个现象，我们利用拟南芥NLR蛋白 ZAR1的三级结构与Pit进行同源建模，发现这三个保守的氨基酸位于Pit CC结构域的α2螺旋上，并对Pit的细胞膜定位是非常关键的。该研究为阐明NLR蛋白的激活机制、NLR蛋白亚细胞定位与其免疫功能的关系提供了新的理论知识。

 图解：基于抗性蛋白ZAR1结构的Pit CC结构域模拟三维结构（左上图）；过表达Pit野生型及三个疏水性氨基酸突变体的稻瘟菌侵染表型（左下图）；Pit疏水性氨基酸突变体及其野生型在水稻原生质体中的亚细胞定位（右图）。

扬州大学园艺与植物保护学院特聘教授王琼、中国农科院深圳农业基因组研究所博士后李玉营和日本爱媛果树研究中心Ken-ichi Kosami博士为该论文的第一作者，日本冈山大学Yoji Kawano教授为通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pce.14315