子科生物報道：發(fā)表在《自然》雜志上的一項新研究表明，當(dāng)我們試圖將油和水混合時會出現(xiàn)的現(xiàn)象——相分離，在植物的免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

在一項開創(chuàng)性的研究中，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院宋文教授與西湖大學(xué)柴繼杰教授團隊、德國馬克斯普朗克研究所Paul Schulze-Lefert教授團隊、北京師范大學(xué)劉莉教授團隊合作，證明了一類重要的免疫蛋白必須凝結(jié)成液滴才能被激活，保護植物免受感染。

在植物基因組中，除了經(jīng)典的NLR抗病蛋白外，還存在一大類非經(jīng)典的TIR結(jié)構(gòu)域抗病蛋白。在水稻、小麥、玉米等單子葉糧食作物基因組中，發(fā)現(xiàn)僅編碼TIR結(jié)構(gòu)域抗病蛋白，但是缺少典型的TIR-NLR抗病蛋白。研究表明，TIR結(jié)構(gòu)域蛋白不僅在病原菌效應(yīng)因子觸發(fā)的免疫反應(yīng)（ETI）中起重要作用，而且也可能參與病原菌模式相關(guān)分子模式觸發(fā)的免疫反應(yīng)（PTI）。然而，TIR結(jié)構(gòu)域抗病蛋白由于缺少識別病原菌效應(yīng)因子的LRR結(jié)構(gòu)域和參與NLR寡聚化的NBD模塊，其免疫激活的分子機制仍不清楚。

在最新研究中，科學(xué)家們試圖發(fā)現(xiàn)一類名為 Toll/Interleukin-1 受體（TIR）的核苷酸結(jié)合富亮氨酸重復(fù)（NLR）受體（TNLs）的植物免疫受體是如何被激活的。

TNL是由TIR結(jié)構(gòu)域的存在所定義的，TIR結(jié)構(gòu)域是一種古老的蛋白質(zhì)模塊，在從細菌到哺乳動物的免疫中起作用，但為了激活它們，它們通常依賴于識別來自入侵病原體的分子的額外結(jié)構(gòu)域。TIR結(jié)構(gòu)域作為一種酶，在宿主細胞中消耗對能量代謝很重要的底物。激活的TNL通常會在試圖感染的部位觸發(fā)細胞死亡，作為保護整個植物的保護性反應(yīng)。

除了典型的TNL外，植物也有TNL缺乏識別入侵者的元素，同時保留促進細胞死亡和保護植物免受感染的能力。雖然人們知道這些被稱為 TIR 結(jié)構(gòu)域蛋白的截短 TNLs 在被底物激活時喜歡相互影響，而且一旦被激活，它們就會像酶一樣發(fā)揮傳播免疫反應(yīng)的功能，但這種情況究竟是如何發(fā)生的，人們一直不得而知。

研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，隨著植物細胞內(nèi)TIR結(jié)構(gòu)域蛋白的濃度上升，它們會像水中的油滴一樣分離出來——這是蛋白質(zhì)相互作用的典型特征，從而引發(fā)與免疫相關(guān)的細胞死亡反應(yīng)。此外，這些結(jié)構(gòu)不是靜態(tài)的，因為TIR結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)會不斷地進出液滴。

通過酶組合體的濃縮和組織，相分離是提高酶活性的有效途徑。形成這種凝聚體在動物免疫蛋白中很常見，盡管已知這種現(xiàn)象對植物免疫反應(yīng)很重要，但原因尚不清楚。

除了對植物免疫分子如何被激活的基本認識之外，基于相分離的TIR結(jié)構(gòu)域蛋白激活機制的發(fā)現(xiàn)可能會對科學(xué)家理解植物免疫的不同分支如何相互交流產(chǎn)生影響。

共同通訊作者Schulze-Lefert對大型蛋白質(zhì)復(fù)合物中TIR結(jié)構(gòu)域不同組裝的多樣性著迷?！斑M化如何反復(fù)找到方法賦予植物、動物和細菌中古老的TIR蛋白結(jié)構(gòu)新的生化特性，這對免疫系統(tǒng)的健壯性至關(guān)重要，這真是令人驚訝?！?/p>

這一研究揭示了植物非典型TIR結(jié)構(gòu)域抗病蛋白通過底物NAD+/ATP誘導(dǎo)形成凝聚體激活的新機制。其具有的病原菌效應(yīng)因子非依賴的自主激活特征，賦予了非典型TIR結(jié)構(gòu)域抗病蛋白廣泛的參與ETI、PTI所介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，甚至參與非生物脅迫響應(yīng)的能力。該項研究為在重要的單子葉糧食作物水稻、小麥、玉米中利用這一機制培育廣譜抗病作物提供了重要線索。