11月8日，植物保护学院朱旺升研究团队在《细胞-宿主和微生物》（Cell Host & Microbe）上发表了题为《植物免疫受体蛋白SNC1监控细菌效应蛋白靶标辅助型NLRs的分子机制》（The plant immune receptor SNC1 monitors helper NLRs targeted by a bacterial effector）的研究论文。该研究发现丁香假单胞菌效应蛋白AvrPtoB可以直接攻击植物广泛存在的hNLR蛋白ADR1-L1和ADR1-L2，并诱导其蛋白降解；并揭示了植物应对该攻击的两大策略：一是通过同源基因AvrPtoB靶向位点的突变逃避攻击（ADR1），二是通过感受性NLR蛋白SNC1监控ADR1-L1和ADR1-L2的状态识别病原菌效应蛋白AvrPtoB。该研究揭示了病原效应蛋白攻击NLR蛋白的分子机制和植物的防御策略。

植物通过免疫枢纽蛋白辅助性NLR（hNLR）接受来自不同的感受性NLR(sNLR)识别病原菌效应蛋白产生的信号并执行免疫应答；同时hNLR还参与PRR介导免疫信号的传递，因此hNLR在植物免疫应答中扮演着十分关键的作用。模式植物拟南芥编码了两类hNLR蛋白ADR1s和NRG1s，其中，ADR1s包含三个同源蛋白ADR1, ADR1-L1和ADR1-L2。研究人员利用Pseudomonas syringae pv. tomato (Pst) DC3000为模型，研究病原菌效应蛋白对拟南芥关键hNLRs蛋白的抑制作用，发现AvrPtoB特异性抑制激活态ADR1-L1（D489V）和ADR1（D484V）-L2触发的细胞死亡表型，并诱导其蛋白降解，但不能靶标降解同源蛋白ADR1。通过蛋白序列比对、嵌合体和点突变分析，发现AvrPtoB对 ADR1-L1/L2的特异性抑制依赖其CC_R结构域的两个关键氨基酸位点K34和K48。AvrPtoB具有E3泛素连接酶的活性，其通过对ADR1-L1 K34/K48位点进行泛素化标记，进而通过26S蛋白酶体降解ADR1-L1；而ADR1蛋白的这两个赖氨酸位点发生了变异（E35/R49），使其逃避了AvrPtoB的攻击。以上研究结果揭示了病原菌效应蛋白可以直接攻击免疫中枢蛋白hNLR，并发现宿主植物通过同源蛋白的趋异进化逃避病原菌攻击，称之为备份系统。

图1 病原菌效应蛋白AvrPtoB特异性靶标攻击ADR1-L1

为了进一步探究在中枢免疫系统hNLR受到病原菌攻击时，植物是否存在其他防御策略，研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了adr1-L1的完全缺失突变体。发现adr1-L1突变体植株表现矮小、叶片皱缩和免疫标志基因高表达的典型自免疫表型，并显著增强对丁香假单胞菌Pst DC3000抗性，表明adr1-L1突变体处于免疫自激活状态。随后，遗传分析鉴定到感受性NLR蛋白SNC1的缺失可以完全抑制adr1-L1突变体的自免疫表型，提示SNC1可能参与监控ADR1-L1蛋白的完整性。生物化学分析表明ADR1-L1的缺失可以激活SNC1，促进SNC1多聚物的形成，并通过下游ADR1传递免疫信号，支持了SNC1监控ADR1-L1的科学假设。最后，研究人员探究了SNC1识别病原菌效应蛋白AvrPtoB的分子机制，发现snc1-11突变体的感病表型依赖于病原菌是否编码AvrPtoB；而SNC1存在时，则可以通过监控AvrPtoB诱导的ADR1-L1和ADR1-L2的降解进而激活免疫反应。以上研究结果表明SNC1可以通过监控ADR1-L1/L2识别AvrPtoB并介导下游抗病应答，称之为监控系统。

图2 AvrPtoB对ADR1-L1的降解激活SNC1介导的免疫反应

综上，该研究揭示了病原菌抑制NLR免疫蛋白的分子机制和植物的攻防策略，并诠释了寻找了20年之久的NLR蛋白SNC1的生物学功能，为理解植物和病原菌互作提供了新见解。迄今为止，发现植物存在不同辅助性NLR蛋白，其中ZAR1兼备感受型和辅助型两种功能，NRCs为茄科植物特有，NRG1s主要存在于双子叶植物，而ADR1s同源蛋白在多种作物中广泛存在，因此，该工作为人工改造作物辅助性NLR和鉴定其监控基因提供了理论基础，并为抗病作物分子设计提供了新的研究思路。

图3 工作模型

中国农业大学植保学院博士生王明玉、陈俊斌博士，马普生物研究所（图宾根）吴蕊博士和中国农业大学植保学院郭海龙教授为共同第一作者，中国农业大学植保学院朱旺升教授和英国赛恩斯伯里实验室黄健华博士为共同通讯作者。中国科学院植物所郭亚龙研究员、中国农业大学植保学院彭友良教授、英国赛恩斯伯里实验室Jonathan Jones教授和德国马普生物研究所Detlef Weigel教授参与了该工作。该研究得到了中国农业大学2115人才发展计划、国家重点研发计划和教育部111引智基地的支持。