明星免疫受体

发布时间：2025-05-13 14:18

免疫受体在感知和响应寄生生物侵入宿主细胞方面发挥着核心作用。其中一类细胞内的免疫受体，称为NLR蛋白家族，包含核苷酸结合结构域和富含亮氨酸重复序列（LRRs）。尽管最近的基因组研究揭示了NLR在多样化的陆生植物及其藻类祖先中的出现，但对NLR功能的理解仅限于被子植物。特别是，植物NLR在宏观进化时间尺度上的功能保守程度尚不清楚。

近日，来自英国约翰·英纳斯中心Philip Carella团队，在《The Plant Cell》杂志发表了题为“The N-terminal domains of NLR immune receptors exhibit structural and functional similarities across divergent plant lineages”的文章。本文描述了不同植物谱系中NLR多样性的扩展谱系，并展示了触发免疫反应的N-末端结构域的结构和功能相似性。

本文使用NLR注释工具（NLRtracker）对多个植物基因组进行分析，发现所有被测试物种中都存在含有NB-ARC结构的NLRs、退化NLRs以及与NLR相关的蛋白，表明NLRs在不同植物谱系中广泛存在并多样化（图1）。为了深入了解植物NLR的多样性，研究者通过序列和结构（AlphaFold 2）相似性方法对NLR N端结构域进行分析。从植物进化中识别出396个序列组，其中15个主要群组包含至少30个独特的基因位点，证实了不同植物NLR的N端结构域的分类。系统发育分析显示TIR和CC类型NLRs在被子植物中形成的独立类群，以及非开花植物中丰富的CC/RPW8受体谱系，反映了NB-ARC包含NLR免疫受体的深层进化历史和非开花植物N端结构域的多样性（图2）。

图1：在进化中不同类的植物中有多种的NLR免疫受体

图2：在植物中NLR的N端结构域保守

通过系统发育和N端结构域的聚类分析展示了NLR亚型在植物中的普遍性。然而， NLR的分化在进化的时间尺度上的功能转移尚不明确。为了解决这个问题，研究者在烟草植物中瞬时表达了多种TIR和CC型受体的N端结构域，并测试了激活超敏反应（HR）细胞死亡的能力。结果显示，来自非开花植物的11个TIR结构域和大多数CC型结构域能够极高水平诱导HR细胞死亡，表明TIR和CC型结构域在植物界中功能保守，反映了NLR受体N结构域在植物中的深层进化起源。此外，非典型NLR的N端结构域，也在烟草中显示出激活HR样反应的能力，进一步证明了这些非典型结构域在介导免疫样细胞死亡反应中的功能性（图3）。

图3： NLR的N端结构域可以在主要植物谱系间进行功能转移

非开花植物编码了含有保守“MAEPL”基序的独特CC结构域，但在开花植物中未被发现。通过比较分析，研究者推测MAEPL和开花植物中的MADA基序可能源自一个共同的祖先CC结构域N端基序，并在不同的植物谱系中独立演化。实验表明，MAEPL基序的保守亮氨酸残基对CC的活性必不可少，且MAEPL能够替代MADA基序激活HR细胞死亡。此外，非开花植物的CCMAEPL-eYFP融合蛋白在细胞膜上形成间断的荧光斑，与开花植物中的CCMADA-NLRs相似。这些结果揭示了非开花植物中MAEPL基序与开花植物MADA基序在功能相似（图4）。

图4：N端MAEPL基序对于非开花植物的CC结构域的活性是必需的

通过在苔藓中条件性表达，发现完整的CCMAEPL结构域能够抑制植物生长并诱导细胞死亡，而缺少N端结构域的突变体则不能。RNA测序分析显示，CCMAEPL在开花和非开花植物中激活相似的转录反应，表明尽管两者分化了4.5亿年，它们的NLR介导的免疫反应仍然保持一致。

本研究展示了NLR免疫受体在植物进化的5亿年中保留了其N端结构域的功能。证实了从藻类到被子植物的CC和TIR结构域能够跨谱系激活免疫反应。NLR是植物免疫系统的核心组成部分，并且非开花植物中的非典型NLR结构域具有参与免疫相关生化反应的潜力。这些发现为探索植物抗病机制和免疫受体的基本形式和功能提供了新的视角。

原文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koae113/7643766