《ZAR1抗病小体是一种可触发植物免疫信号的钙离子渗透通道》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 王晶静
  • 发布时间:2021-06-07
  • 核苷酸结合的、富含亮氨酸的重复受体(NLR)是动植物中的主要免疫受体。拟南芥NLR蛋白ZAR1被激活后,在体外形成一个五聚体抵抗小体,触发植物的免疫反应和细胞死亡。在本研究中,我们采用单分子成像技术显示活化的ZAR1蛋白可以在质膜(PM)中形成五聚体复合物。ZAR1抗病小体在非洲爪蟾卵母细胞中以依赖位于通道孔中的保守酸性残基Glu11的方式显示离子通道活性。预组装的ZAR1脂质体很容易掺入平面脂质双层中,并表现出钙离子渗透的阳离子选择性通道活性。此外,我们发现植物细胞中ZAR1的激活导致了Glu11依赖的Ca2+内流、亚细胞结构的扰动、活性氧的产生和细胞死亡。因此,这些结果表明,ZAR1抗病小体作为钙离子渗透的阳离子通道,从而触发免疫和细胞死亡。

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  • 《遗传所等机构合作发现植物“抗病小体”》

    • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
    • 编译者:陈方
    • 发布时间:2020-04-08
    • 植物抗病蛋白被发现至今已有二十多年,但人们仍然不清楚它们的工作原理。清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学王宏伟团队联合研究,在植物免疫研究领域取得重要突破。合作团队发现由抗病蛋白组成的“抗病小体”(resistosome)并解析其电镜结构,从而揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制,为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。相关成果以两篇长文形式,于2019年4月5日发表在《科学》期刊。国际植物抗病研究权威科学家Jeffery Dangl和Jonathan Jones撰写专文高度评价这一成果,发表在同期的《科学》期刊。 在前期研究结果的基础上,合作团队进一步以病原菌致病蛋白AvrAC与植物抗病蛋白ZAR1为体系研究植物抗病蛋白结构。经过多年协作攻关,成功地组装了包含激活ZAR1的复合物(抗病小体)。结构研究发现,ZAR1被AvrAC激活后,组装成含三个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器,形成抗病小体。通过对静息态复合物的结构和功能解析,阐明了抗病蛋白由静息状态,经过中间状态,最终形成抗病小体的生化过程。合作团队紧密结合结构、生化和功能研究,揭示了抗病小体工作机制。比如,抗病小体形成后直接在细胞质膜上发出自杀指令,很可能是植物细胞死亡和免疫执行者。该项工作填补了人们25年来对抗病蛋白认知的空白,为研究其它抗病蛋白提供了范本。研究还发现,植物抗病小体的组装方式、结构与功能,与动物免疫中的炎症小体惊人地相似,展现了在不同生命形式中,进化对免疫形成的力量。 各种农作物病虫害,严重威胁农业生产。为了减少损失,农业生产中不得不大量施用化学农药,但这又对环境、人类健康和农业可持续发展带来了挑战。利用植物抗病蛋白,发展新的病虫害防控手段,有望大大减少化学农药的施用。抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析,将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白,发展绿色农业奠定核心理论基础。
  • 《微生物所研究发现植物免疫途径钙信号解码调控新机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-07-24
    • 钙离子是真核生物重要的第二信使分子,参与调控众多的细胞生物学活动和过程。细胞内钙离子的浓度在感应外界信号后发生时空变化,编码特征性的钙信号,经钙感应分子解码并调控细胞反应。当受到病原微生物侵染时,植物利用细胞膜和细胞内免疫受体感知微生物来源的信号,激活钙离子通道促进钙内流。多种类型的钙感应蛋白参与识别特征性的钙信号,激活细胞免疫反应。目前对植物解码免疫相关钙信号的机制了解相对匮乏。   张杰研究组发现了植物免疫过程中钙信号感知和解码的新调控机制。大丽轮枝菌是一种典型的土传性真菌病原,宿主范围广、致病性强、变异快。其侵染诱导植物细胞内钙离子浓度上升。CBP60g是植物特有的钙调素结合蛋白家族成员,响应病原侵染后在转录水平诱导,作为转录因子调控多个免疫信号途径(病原相关分子模式触发的免疫/PTI、效应子触发的免疫/ETI和水杨酸/SA)中众多基因的表达,是免疫信号途径中的核心转录因子。张杰研究组前期发现大丽轮枝菌通过分泌蛋白SCP41干扰CBP60g转录因子活性,抑制植物免疫从而促进致病性(Qin et al., 2018 eLife),提示钙信号可能在植物对大丽轮枝菌免疫识别中发挥功能。本研究发现大丽轮枝菌来源的病原相关分子模式(PAMPs)可诱导植物钙调素结合蛋白CBP60g磷酸化,该磷酸化的诱导依赖于钙通道蛋白及其上游激酶。钙调素/类钙调素(CaM/CML)、钙依赖的蛋白激酶(CDPK/CPK)、类钙调磷酸酶B及其互作蛋白激酶(CBL-CIPK)是植物中三种主要的钙感应蛋白。其中类钙调素TCH3和CPK5均参与PAMP诱导的CBP60g磷酸化。CPK5属于自抑制型的钙依赖蛋白激酶,TCH3结合CPK5,促进CPK5对CBP60g磷酸化,正调控植物对大丽轮枝菌的抗性。研究发现了不同类型钙感应分子之间的协同调控新模式,证明了免疫激活过程中CBP60g转录和翻译后水平的双重调控,揭示了植物细胞解码钙信号激活免疫反应的新调控机制。   该成果于2022年7月21日在线发表于国际知名期刊The Plant Cell(https://doi.org/10.1093/plcell/koac209)。张杰研究组的助理研究员孙丽璠为论文第一作者,张杰研究员为通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项(B类)培育项目、以及中国科学院青年创新促进会的资助。