植物免疫的“双刃剑”如何实现自我抑制与激活的巧妙平衡

在植物免疫中，植物免疫受体识别入侵病原体通常会导致受感染部位的一种受控形式的细胞死亡。当响应程度与面临的威胁相称时，这种细胞死亡发挥了其作用。然而，植物如何确保这种自杀性响应不会失控，对植物造成损害呢？科研人员现在找到了答案。

2024年6月12日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上发表的题为Oligomerization-mediated autoinhibition and cofactor binding of a plant NLR的研究论文，描述了一种新颖的调节机制，该机制控制着植物的免疫反应，使其处于适度状态。

对于任何生物体而言，免疫系统必须足够敏感以应对入侵者，但又不能过于敏感以至于不断激活并攻击自身细胞——即所谓的自身免疫。由中国西湖大学的柴继杰（一年内五篇CNS论文！该团队在植物免疫领域取得重大进展！）和德国科隆马克斯·普朗克植物育种研究所的Paul Schulze-Lefert（近5年37篇高水平文章！Paul Schulze-Lefert院士团队在先天免疫和植物菌群领域取得重大进展！）领导的一项新研究揭示了关键植物免疫分子被紧密包装，从而避免了不当激活的方式。许多植物免疫受体在大量生产于植物细胞内时会被无意间激活。然而，茄科植物（包括许多重要的农作物，如番茄、土豆和茄子）有一组免疫受体，即使在高浓度下也不会被激活并导致细胞死亡。为了理解这些蛋白质在高浓度存在下仍保持非活性的原因，科研人员表达并纯化了这一组蛋白中的一个成员，并分析了其重量。这为科研人员提供了关于蛋白质结构特性的更多见解，并表明这些分子形成了非活性复合体。科研人员能够确定这些复合体负责阻止激活，因为当他们干扰受体的包装时，在病毒蛋白存在的情况下，细胞死亡增强。SlNRC2的寡聚体破坏突变促进了N. benthamiana中由CP诱导的细胞死亡

除了自我包装机制外，科研人员的分析还揭示了一个显著特征：免疫蛋白与一种称为磷酸肌醇的小分子结合，这对于受体激活和细胞死亡反应至关重要。磷酸肌醇有多种类型，15年前就与植物对病原体的防御有关联，但这些小分子在植物细胞内的作用方式和位置一直不清楚。现在有了答案，因为科研人员发现整个茄科植物的免疫受体群体，尽管浓度很高，都具有结合磷酸肌醇的能力。在SlNRC2二聚体中的肌醇六磷酸(IP6)结合位点。每个SlNRC2单体结合一个IP6分子和一个ADP分子。IP6分子以红色显示，ADP分子以浅蓝色显示。那么，为什么植物会以如此高的水平表达某些免疫受体呢？一种解释是，这种持续积累可能使植物为快速应对侵染做好准备。与人类等动物相关的免疫分子也发现了形成寡聚体的现象。因此，这似乎是生命不同领域生物采用的策略。总结来说，细胞内免疫受体的自我包装是自然界一种“优雅”的方式，既为快速免疫反应做好准备，又没有引发自身免疫的风险。