小麦抗白粉病基因Pm21-CC篇
植物胞内免疫受体NLR(Nucleotide-binding and Leucine-rich Repeat,NLR)能够直接或间接地识别病原菌分泌的效应子(effector),迅速启动效应子诱发的免疫反应(ETI),并引发病原菌侵染部位寄主细胞的死亡。前人研究已证实,激活的NLR具有诱导寄主细胞死亡的活性,而且NLR的活性改变与其结构关系密切。然而,由于NLR诱导的细胞死亡和抗病途径的很多组分没有鉴定出来,因此,这两种信号途径的关系还没有明确定论。以小麦抗白粉病基因Pm21为研究对象,江苏大学何华纲和河南大学李锁平团队合作对NLR与寄主细胞死亡的关系进行了探讨,取得了一些新的研究成果。
1、Pm21 eCC(extended CC)结构域能够充分引发细胞死亡,其活性受NBS和LRR结构域的负调控
图1 Pm21 CC结构域的细胞死亡活性受分子内其他结构域负调节
2、突变体功能分析揭示Pm21介导的细胞死亡信号与抗病信号相对独立
图2 CC结构域的点突变对Pm21细胞死亡活性的影响
3、D491V调节的Pm21自主激活需要LRR结构域的参与
前人研究证实,NLR蛋白的保守基序MHD突变会导致蛋白自激活。为了分析Pm21蛋白中MHD基序对细胞死亡活性的效应,将Pm21蛋白MHD基序中491位氨基酸由D突变为V,构建了CC-NBS(D491V)和FL(D491V)瞬时表达载体。本生烟瞬时表达结果显示,FL(D491V)引起了强烈的细胞死亡反应,表明D491V突变导致Pm21蛋白的自激活(图3)。出乎意料的是,与FL(D491V)相比,CC-NBS(D491V)不能引起本生烟细胞死亡,该结果意味着D491V调节的Pm21自激活依赖于LRR结构域的参与。
图3 D491V调节的Pm21自激活活性检测
2020年5月18日,上述研究成果发表在植物病理学期刊《Molecular Plant Pathology》上,题目为“Pm21 CC domain activity modulated byintramolecular interactions is implicated in cell death and disease resistance”。河南大学高安礼副教授为论文第一作者,江苏大学何华纲副教授和河南大学李锁平教授为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金-河南省联合基金、江苏省农业科技自主创新资金等项目的资助。
主要参考文献
Gao A, Hu M, GongY, Dong R, Jiang Y et al. (2020) Pm21 CC domain activity modulated by intramolecular interactions is implicated in cell death and disease resistance. Molecular Plant Pathology. DOI: 10.1111/mpp.12943.
He H, Zhu S, Zhao R, Jiang Z, Ji Y et al. (2018) Pm21, encoding a typical CC-NBS-LRR protein, confers broad-spectrum resistance to wheat powdery mildew disease. Molecular Plant. 11: 879–882.
Wang J, Wang J, Hu M, Wu S, Qi J et al. (2019) Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex. Science. 364: eaav5868.