近日，中国热科院生物所甘蔗研究中心逆境生物学研究团队联合美国南卡罗来纳大学生物科学研究团队在植物免疫方面发表热点评论。深入评述了中国农业大学植物保护学院郭海龙教授团队在国际权威学术期《Cell》发表的“Interfamily co-transfer of sensor and helper NLRs extends immune receptor functionality between angiosperms”研究工作。

为了解决植物免疫基因在跨物种应用中面临的“受限的分类群功能性”（restricted taxonomic functionality, RTF）问题，郭海龙教授团队提出了一种创新性的解决方案：将植物胞内核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列受体蛋白（nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat containing receptors, NLRs）中的感受型NLR与辅助型NLR进行“组合堆叠”表达。研究表明，在水稻和大豆中，只有当感受型NLR（如Bs2或Rpi-amr1）与特定的NRC类辅助蛋白共同表达时，才能诱导细胞死亡并激活免疫反应；而单独表达感知型NLR则无法产生免疫效应，说明这些免疫受体在异源植物中需要“辅助搭档”才能发挥作用（图1A）。在进一步研究中，该团队将这些NLR组合导入拟南芥，同样观察到了细胞死亡反应的激活（图1B），验证了该策略在跨科属植物中的可行性，为构建广谱抗病作物提供了新路径。随后，研究人员在水稻品种“中花11”中建立了多个稳定转基因株系，发现同时表达Bs2与NbNRC3或NbNRC4的植株能够获得对细菌性条斑病致病菌（Xanthomonas oryzae pv. Oryzicola, Xoc）的完全抗性（图1C）。该策略并未对水稻的生长发育造成显著影响，显示出良好的应用前景。鉴于AvrBs2等效应蛋白在多种黄单胞菌中高度保守，该策略未来有望推广至甘蔗等作物，防控更多细菌病害。同时，研究表明许多感受型NLR（如Mi-1.2、Sw5b）也依赖特定的辅助NLR发挥功能。因此，发掘更多“感受-辅助”免疫模块，有望拓展植物对真菌、线虫、病毒等病原的广谱抗性，且比PTI，ETI反应更强更持久。郭海龙教授团队提出的这一策略为作物病害防控提供了新思路，有望在保障全球粮食安全中发挥重要作用。

图1. 跨科属转导感受型与辅助型NLR可在远缘作物中赋予效应子触发的免疫反应

研究成果以“Expanding functionalities of immune receptors through simultaneous transfer of sensor and helper NLRs”为题发表于《Journal of Integrative Plant Biology》。中国热科院生物所王东姣助理研究员为第一作者；热带作物生物育种全国重点实验室/中国热科院生物所阙友雄研究员和美国南卡罗来纳大学生物科学系傅正擎教授为该论文共同通讯作者。该研究得到了美国国家自然科学基、热带作物生物育种全国重点实验室科研项目和中央级公益性科研院所基本科研业务费等项目的资助。

论文链接：http://doi.org/10.1111/jipb.70020