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Plant Cell | TNL介导的免疫反应调控细胞死亡的新模型

来源：花匠小妙招时间：2024-11-29 15:04

责编 | 逸云

为了抵御病原体入侵，植物进化出精细的先天免疫系统：病原体模式分子引发的免疫反应（PAMP-triggered immunity，PTI）和效应分子引发的免疫反应（effector-triggered immunity，ETI）。植物的R蛋白（Resistance proteins）可以识别效应分子并引发ETI 。NLR (nucleotide-binding/leucine-rich repeat) 类蛋白受体在ETI中发挥着主导性作用。根据蛋白结构特征，NLR的N末端结构域是TIR（Toll-interleukin-1 receptor）称为TNLs（TIR-NLRs），N末端结构域是CC（coiled-coil）结构域则称为CNLs（CC-NLRs）【1】。

早在1999年，德国科隆大学（University of Cologne）植物微生物互作学系教授 Jone E Park 教授团队在拟南芥中发现了脂肪酶类蛋白EDS1（enhanced disease susceptibility1），在TNLs介导的免疫反应中发挥中心作用【2】；2001年发现PAD4（Phytoalexin deficient 4）通过跟EDS1直接的相互作用影响下游免疫反应【3】；2005年发现另一个EDS1分子伴侣SAG101(senescence-associated gene101)同时在植物防卫反应中发挥功能【4】。三个蛋白均属于EDS1蛋白家族，拥有类似的结构域：N端为α/β-hydrolase脂酶类结构域（eukaryotic lipases），C端为含有α-helical 束的EP（EDS1-PAD4）结构域。

在拟南芥中EDS1-PAD4 互作调控植物免疫反应。一般认为EDS1-PAD4复合体通过调节宿主转录机制影响水杨酸（SA）介导的免疫反应，且与茉莉酸（JA）信号通路没有明显相关性。最近研究发现这个信号机制与EDS1蛋白EP结构域中一个带正电荷的残基被EDS1家族蛋白异源二聚体包裹有关【5】。近日 Johannes Stuttmann 团队证明了EDS1-SAG101 复合体在烟草TNL介导的免疫中发挥重要作用【6】。被子植物中有两类RPW8-NLR蛋白，ADR1和NRG1（N requirement gene 1），均在植物免疫中发挥作用。最近有研究证明本氏烟中NRG1与EDS1互作在TNL 免疫途径中发挥作用【7】。许多证据显示拟南芥中EDS1-SAG101与EDS1-PAD4扮演的角色有差异，但是EDS1信号通路调控植物免疫的很多细节，特别是物种间差异情况还不清楚。

近日，德国科隆大学（University of Cologne）的 Jone E. Parke r团队在 The Plant Cell 发表题为 A Coevolved EDS1-SAG101-NRG1 Module Mediates Cell Death Signaling by TIR-domain Immune Receptors 的研究论文。该研究首次证明了EDS1-SAG101和EDS1-PAD4通过不同的机制调控TNL诱导的植物免疫，并且显示在不同物种间其信号传导途径有差异。

该研究首先评估了种子植物中EDS1蛋白家族的变异情况，发现虽然遗传密码高度保守，但是酵母双杂交和CoIP实验显示，不同的科属植物中EDS1家族蛋白异源二聚体形成明显存在差异。拟南芥和本氏烟上的病菌生长表型实验，证明AtEDS1-AtSAG101-AtNRG1协同调控RRS1S-RPS4介导的细胞凋亡，同时也在病菌三型效应因子XopQ被植物免疫系统识别中发挥重要作用，然而AtPAD4 在烟草中免疫活性表现不佳。结构分析发现EDS1-SAG101和EDS1-PAD4在TNL RRS1S-RPS4介导的免疫反应与EDS1蛋白 C端EP结构域有关。最后通过遗传实验发现拟南芥中SAG101与NRG1协同调控TNL/EDS1介导的细胞凋亡，但是PAD4和ADR1功能正常时对限制病菌增值没有明显作用；同时，拟南芥EDS1/PAD4复合体可能与ADR1类蛋白共同作用在限制病菌增殖方面发挥功能，但是在SAG101和NRG1蛋白活跃状态下对TNL介导的细胞凋亡没有太多贡献。

图1. Phylogeny of EDS1 family proteins in seed plants

综上所述，该研究详细分析了TNL介导的植物免疫信号传导过程中三个重要因子的调节作用，发现了EDS1-SAG101-NRG1 和EDS1-PAD4及其下游信号传递机制在不同物种间差异存在协同进化现象，提出新型的TNL/EDS1信号传导模型，为更加深入探究复杂的植物免疫网络提供了新的思路。

图2. Cooperation between EDS1-family proteins and ADR1 or NRG1 helper NLRs in Arabidopsis and N. benthamiana TNL immune responses

参考文献

【1】Cui, H., Tsuda, K., and Parker, J.E. (2015). Effector-Triggered Immunity: From Pathogen Perception to Robust Defense. Annual Review of Plant Biology 66, 487-511.

【2】Falk, A, Feys, BJ, Frost, LN, Jones, JD, Daniels, MJ, and Parker, JE. (1999) EDS1, an essential component of R gene-mediated disease resistance in Arabidopsis has homology to eukaryotic lipases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 96, 3292-7.

【3】Feys, BJ, Moisan, LJ, Newman, MA, and Parker, JE. (2001). Direct interaction between the Arabidopsis disease resistance signaling proteins, EDS1 and PAD4. EMBO Journal 20, 5400-11.

【4】Feys, BJ, Wiermer, M, Bhat, RA, Moisan, LJ, Medina-Escobar, N, Neu, C, . . . Parker, JE. (2005). Arabidopsis SENESCENCE-ASSOCIATED GENE101 stabilizes and signals within an ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 complex in plant innate immunity. The Plant cell 17, 2601-13.

【5】Bhandari, D.D., Lapin, D., Kracher, B., Born, P.v., Bautor, J., Niefind, K., and Parker, J.E. (2019). An EDS1 heterodimer signalling surface enforces timely reprogramming of immunity genes in Arabidopsis. Nature Communications 10, 772

【6】Johannes Gantner, Jana Ordon, Carola Kretschmer, Raphal Guerois, Johannes Stuttmann (2019). An EDS1-SAG101 Complex is Essential for TNL-mediated Immunity in Nicotiana benthamiana. The Plant Cell.

【7】Baptiste Castel, Pok-Man Ngou, Volkan Cevik, Amey Redkar, Dae-Sung Kim, Ying Yang, Pingtao Ding and Jonathan D. G. Jones (2019). Diverse NLR immune receptors activate defence via theRPW8-NLR NRG1. New physiologist 222, 966-80

www.plantcell.org/content/early/2019/07/16/tpc.19.00118