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。
