日本理化研究所CSRS的一个研究小组追踪了植物免疫受体的进化史，揭示了它们与生长蛋白的共同祖先，以及通过基因工程创造抗病原体作物的潜力。来源:SciTechDaily.com
日本理研研究所的研究人员绘制了植物免疫的进化图谱，揭示了一种提高作物抗病能力的途径。
植物不断进化出新的免疫受体来应对不断变化的病原体。RIKEN可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员追踪了植物免疫受体的起源和进化轨迹。他们的发现将使从基因组信息中识别免疫受体基因变得更容易，并可能有助于开发抗病原体作物。这项研究将发表在今天(2月1日)的科学杂志《自然通讯》上。
植物免疫反应
和动物一样，植物也有免疫反应，帮助它们抵御病毒、细菌、真菌和卵菌等病原体。在阻止入侵者之前，它们必须首先被检测到，这是由位于植物细胞表面的模式识别受体完成的。这些受体检测与病原体相关的分子模式的能力取决于两种类型的蛋白质，称为rlp和RLKs，这两种蛋白质都可以包含富含亮氨酸的重复片段，其中亮氨酸多次出现。
追踪免疫的进化
为了追踪植物免疫的进化，由日本理化研究所CSRS的白修健(Ken Shirasu)和加多田康弘(Yasuhiro Kadota)领导的国际研究小组研究了受体的数量和模式。他们分析了超过17万个编码RLKs的基因和约4万个编码rlp的基因，这些基因来自350种植物的公开数据。他们发现，在所有植物物种中，RLKs和rlp是最丰富的受体类型，占RLKs的近一半和rlp的70%。
免疫相关的lrr - rlp和生长相关的LRR-RLKs都是从一个共同的祖先进化而来的，继承了最后四个lrr和结合共受体BAK1的能力。嵌合受体将生长相关的LRR-RLK的细胞质激酶结构域整合到免疫相关的LRR-RLP中，在感知病原体来源的分子时激活免疫和生长反应。LRR，富亮氨酸重复序列;受体样蛋白;受体样激酶。来源:日本
主要发现及启示
已知rlp和一些rlk含有一个特殊的岛状区域，该区域对识别部分病原体至关重要。RIKEN CSRS团队的调查显示，在含有富含亮氨酸重复序列的rlp中，这个特殊区域几乎总是位于相同的位置;在第4和第5富含亮氨酸的重复序列之间。这些rlp被发现与免疫反应有关。他们还发现，岛屿区域在一些rlk中位于相同的位置，几乎所有的rlk都属于一个调节生长和发育的功能群。
对比分析表明，岛区以下的4个重复序列在两种蛋白质探测器之间非常相似，表明它们具有共同的进化祖先。特别是，这四组亮氨酸重复序列包含了与称为BAK1的共同受体结合所需的部分。这意味着免疫相关的rlp和生长相关的rlk从共同的祖先那里继承了结合BAK1的能力。
“有趣的是，我们发现在这些受体之间交换富含亮氨酸重复序列的四个区域并不会破坏它们的功能，”该研究的负责人Bruno Pok Man Ngou说。通过结合生长相关的RLK和免疫相关的RLP创建一个杂交受体，产生了一个识别病原体并诱导免疫和生长相关反应的杂交受体。这意味着科学家应该能够通过交换这些模块来设计具有新功能的受体。
未来前景
本研究在分子水平上探讨了植物免疫的起源，表明同时分析多个植物基因组的信息可以直接准确地预测与植物免疫和生长有关的基因。Shirasu说:“我们目前正在利用这些信息从各种植物中分离出免疫受体，目标是在未来开发抗病作物等实际应用。”
参考文献:《植物模式识别受体的进化轨迹》，《自然通讯》2024年2月1日。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 44408 - 3
