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《Nature | 植物转录激活域的鉴定》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-07-19

  • 2024年7月17日，杜克大学等机构的研究人员在Nature发表了题为Identification of plant transcriptional activation domains的文章。

    拟南芥中的基因表达受 1900 多种转录因子（TFs）的调控，这些转录因子因存在保存完好的 DNA 结合域而在全基因组范围内被识别出来。激活因子 TFs 含有激活结构域（ADs），可招募辅助激活剂复合物；然而，对于几乎所有拟南芥 TFs，我们都缺乏有关其 ADs 的存在、位置和转录强度的知识。

    为了填补这一空白，该研究在这里使用酵母文库方法在整个蛋白质组范围内实验性地鉴定拟南芥的ADs，结果发现一半以上的拟南芥TFs都含有AD。研究人员注释了 1,553 个 ADs，据我们所知，其中绝大多数都是以前未知的。利用生成的数据集，研究人员开发了一个神经网络来准确预测 ADs，并识别招募辅激活剂复合物所必需的序列特征。研究人员发现了导致激活活动的六种不同的序列特征组合，为研究 ADs 的亚功能化提供了一个框架。此外，研究人员还在古老的 AUXIN RESPONSE FACTOR 家族 TFs 中发现了 ADs，揭示了 AD 定位在不同支系中是保守的。该研究的发现为理解转录激活提供了一个深层次的资源，为研究内在紊乱区域的功能提供了一个框架，并为 ADs 提供了一个预测模型。

  • 原文来源：Identification of plant transcriptional activation domains | Nature
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相关报告

  • 《Nature︱底物诱导凝聚激活植物TIR结构域蛋白》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-03-16
    • 2024年3月13日，西湖大学柴继杰教授团队与德国马克斯-普朗克研究所Paul Schulze-Lefert教授团队、中国农业大学宋文教授、北京师范大学刘莉教授团队合作在Nature上发表了题为Substrate-induced condensation activates plant TIR domain proteins的研究论文，揭示了一类植物抗病蛋白通过底物诱导的凝聚体激活的新机制，不仅对植物免疫学研究具有重要的理论价值，而且对于培育新型抗病农作物品种具有潜在的指导意义。 研究人员在研究TIR结构域蛋白生化功能的过程中，意外发现底物NAD+/ATP分子会快速诱发TIR结构域蛋白发生相分离。进一步研究发现，形成凝聚体的TIR结构域蛋白NAD+水解酶的活性被激活。因此，推测可能是底物诱导的相分离激活了TIR结构域抗病蛋白的免疫功能。接下来，研究人员在植物体内研究证实，TIR结构域抗病蛋白自身表达上调或受病原菌诱导表达上调后，会在细胞内源的NAD+/ATP分子诱导下形成凝聚体，激活NAD+水解酶活性，产生免疫信号分子，从而激发植物免疫反应并引起细胞死亡。破坏TIR凝聚体的形成会导致免疫和细胞死亡功能的丧失；重新建立TIR蛋白相分离，又会恢复免疫和细胞死亡的表型。 研究人员为了从分子层面揭示底物诱导相分离激活TIR结构域蛋白的机制，解析了TIR结构域蛋白与NAD+的复合物结构。发现NAD+结合诱导了TIR结构域蛋白上被称为BB-loop的无序区发生了构象改变，从关闭构象转变为开放构象；开放的BB-loop介导了头尾相对的TIR-TIR互作，引发相分离，并形成NAD+催化中心。有意思的是，这种TIR结构域蛋白形成凝聚体激活模式与TIR-NLR蛋白形成抗病小体激活的模式，既相似又有不同。相似的是，TIR结构域蛋白和TIR-NLR蛋白最终都形成了几乎完全一样的TIR四聚化NAD+催化单元。不同的是，TIR-NLR蛋白是通过病原菌效应因子结合诱导NBD构象改变，引起NBD寡聚化形成抗病小体，进而组装全酶催化中心；而TIR结构域蛋白虽不能结合病原菌效应因子，也缺少NBD寡聚模块，但可以通过底物NAD+/ATP结合诱导BB-loop构象改变，引起TIR自身寡聚化形成凝聚体，组装全酶催化中心，产生激活植物免疫反应的信号分子。 综上所述，该项研究揭示了植物非典型TIR结构域抗病蛋白通过底物NAD+/ATP诱导形成凝聚体激活的新机制。其具有的病原菌效应因子非依赖的自主激活特征，赋予了非典型TIR结构域抗病蛋白广泛的参与ETI、PTI所介导的免疫反应，甚至参与非生物胁迫响应的能力。该项研究也为在重要的单子叶粮食作物水稻、小麦、玉米中利用这一机制培育广谱抗病作物提供了重要线索。
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  • 《Nature | 重塑自激活NLR赋予植物广谱抗病》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：朱晓琳
    • 发布时间：2025-07-29
    • 发表机构：清华大学 作    者：刘玉乐（通讯作者）     植物NLR免疫受体分TNL（TIR-NLR）、CNL（CC-NLR）和 RNL（CCR-NLR）三类。TNL 和 CNL 负责识别病原效应子，RNL 在免疫信号传导中起关键作用。研究表明，CNL和RNL识别病原后组装抗病小体，在膜上形成钙离子通道激活免疫，此过程依赖CC或CCR结构域的N端序列，完整游离N端对功能至关重要，N 端融合额外多肽会抑制功能。此外，MHD基序等关键区域突变可产生自激活型受体，约45%植物病毒及多种病原依赖分泌蛋白酶致病。     基于上述知识，刘玉乐团队提出并建立了一种人工设计植物抗病基因的全新策略：在植物中表达一种羧基（C）端携带病原蛋白酶识别切割位点（protease cleavage site，PCS）的多肽与aNLR的N端融合形成的蛋白，可使植物抗病。无病原存在时，aNLR被融合多肽抑制，保持失活状态；病原入侵时，其编码或分泌的蛋白酶特异切割融合蛋白，释放 aNLR，从而激活强烈免疫反应，诱发植物对病原的抗性。若选用保守性高的蛋白酶识别切割位点，该策略可使植物广谱持久抗病。该策略已在模式植物和重要经济作物大豆中成功验证，可使植物对多种病毒完全免疫，有望成为植物抗病毒、细菌、真菌、卵菌、线虫和刺吸式昆虫等多种病虫害的通用策略。     具体而言，研究团队将带有马铃薯Y病毒（PVY）蛋白酶识别切割位点YEVHHQ↓A的HA标签多肽分别融合至CNL（Tm-22）和RNL（AtNRG1.1）自激活突变体的N端，构建了2种人工抗病基因。转这2种基因的本生烟草表现出对PVY、芜菁花叶病毒（TuMV）、辣椒斑驳病毒（PepMoV）、辣椒脉斑驳病毒（ChiVMV）和李痘病毒（PPV）等多种病毒的广谱抗性，并且抗性很强，甚至表现为极端抗性，病毒不能建立侵染。由于选用的病毒蛋白酶识别切割位点高度保守，预计构建的抗病基因可赋予植物“超级广谱”抗病性，抗超过100多种植物病毒。进一步地，研究团队还构建了针对大豆花叶病毒（SMV）的定制抗病基因，转基因大豆对SMV完全免疫。     相比现有方法，该策略在构建抗病基因方面具有多重优势：构建简单，仅需改造单个aNLR基因；可针对众多不同的病原进行定制化设计抗病基因、抗性广谱且持久稳定、不易被病原突破，且抗病效果强（对病毒等病原可实现完全免疫）。此外，该方法具有高度普适性，适用于所有作物，并可与基因组编辑技术结合，直接编辑植物内源NLR基因获得新型抗病基因。     由于该成果的重要性与创新性，《自然》杂志同期以“研究简报”（Research Briefing）形式对该工作进行了题为“Plant immune receptor engineered to protect again more than 100 viruses （工程的植物免疫受体抗超过100余种病毒）” 的报道，评价该工作“present an elegantly simple yet highly innovative method for engineering disease resistance（提出了一种优雅简洁且高度创新的植物抗病方法）”。     简报链接：https://doi.org/10.1038/d41586-025-02113-9。 发表日期：2025-7-16
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