Science背靠背 | 分子植物卓越中心何祖华团队、张余团队联合万里团队 发现植物免疫激活新机制

何祖华及其合作研究团队在前期研究中发现了一个水稻免疫抑制基因ROD1，该基因突变引起活性氧积累，产生免疫自激活表型，显著提高水稻对多个病原菌如稻瘟病、白叶枯病和纹枯病的抗性，论文发表于国际权威学术期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而对ROD1抑制免疫激活的信号网络尚不清楚。研究团队采用EMS化学诱变和γ射线物理诱变筛选rod1抑制子的策略深入研究，经过大规模的田间表型鉴定筛选，共获得18个rod1抑制子株系。通过基因克隆和全基因组测序分析，发现这些抑制子分别是OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1基因突变。首次报道禾本科作物的细胞内感受器OsTIR蛋白具有产生免疫小分子pRib-AMP的功能，小分子pRib-AMP能够激活水稻OsEDS1、OsPAD4和OsADR1蛋白形成免疫复合体EPA激发免疫反应。进一步研究发现水稻免疫抑制蛋白ROD1与OsTIR互作，影响OsTIR的酶活，从而抑制小分子pRib-AMP的生成，避免EPA复合体激发免疫反应，维持免疫的稳态。当病原菌侵染时，ROD1被降解，OsTIR蛋白被释放后生成小分子激活免疫复合体EPA，产生对多种病原菌的广谱抗性。因此，该研究揭示了一个五组分的信号网络调控植物免疫稳态的分子机制，为培育广谱抗多种病原菌的作物新品种提供重要的理论基础和靶标基因。

无独有偶的是万里团队发现植物细胞内感受器的TIR蛋白可生成小分子2’cADPR，这一类小分子作为前体在植物体内可以被转化生成pRib-AMP，从而激活EPA免疫复合体，提高植物抗病性。利用2’cADPR处理植物即可诱导类似于ETI的强抗病性，实现了在没有特定病原菌侵染的情况下人为可控地激活植物强ETI免疫反应。而且相对于pRib-AMP，2’cADPR性质更稳定，所以也更适合开发作为植物免疫激活剂。这一发现为发展绿色农业提供了一种能够激发农作物广谱抗病性的新型“生物农药”，从而有效替代化学农药，减少对生态环境的负面影响。一些细菌的TIR蛋白也可以产生2’cADPR并激活植物的ETI免疫反应，因此本研究还揭示了植物和细菌免疫通路交互的分子机理。