Cell | 周俭民/陈宇航合作解析广谱抗根肿病基因“卫青”的分子机制

2023年6月8日，中国科学院遗传与发育生物学研究所陈宇航团队与周俭民团队合作，在Cell上发表了题为 WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safe-guards the stele and confers broad-spectrum resistance to clubroot  的研究论文。该研究综合运用遗传学、生物化学、结构生物学、电生理学等手段， 成功克隆了广谱高抗根肿病基因WeiTsing  (WTS, 卫青) ， 解析了WTS五聚体的三维结构并揭示了其阳离子通道功能，阐明了WTS介导钙信号激活植物免疫应答的分子机制 (如图所示) 。

图：WTS离子通道结构及激活免疫应答的分子机制

A, WTS离子通道结构-功能；B, WTS激活免疫应答的抗病机制。

植物具有复杂精细的免疫系统，其进化出一系列抗病基因来识别病原微生物激活免疫应答，从而保护自身免受侵害。植物抗病基因如何激发免疫应答一直是植物抗病领域的关键科学问题。周俭民团队与清华大学柴继杰团队合作首次发现植物抗病小体激活的核心机制 【1,2】 ，随后与陈宇航团队、何康敏团队合作揭示了经典抗病小体ZAR1的离子通道功能 （详见BioArt报道： Cell突破！周俭民/陈宇航/何康敏/柴继杰合作揭示ZAR1抗病小体激活免疫反应的分子机制 ） 【3】 ，揭示了钙离子作为植物激活免疫应答的初始信号。此外，柴继杰团队与陈宇航团队合作，于2022年解析了小麦抗病小体Sr35的离子通道活性 【4 】 ，进一步支持了植物免疫的钙信号理论。

在当前研究中，研究团队针对十字花科作物根肿病害这一重大问题，从拟南芥中成功鉴定到一个新型的根肿病抗性基因WeiTsing  (WTS) ， 编码一个不同于经典NLR的膜蛋白。随后，研究团队深入解析了WTS抗病新机制。当受到根肿菌侵染时，WTS在中柱鞘细胞中特异表达，并装配成为新型的五聚体离子通道，介导内质网钙离子释放来激活免疫应答。这样一来，WTS可在中柱外围形成保护屏障，从而抵御病原菌入侵。这个新颖的抗病过程让人不禁联想到秦汉时期著名将领卫青在祖国北疆建立防线、抗击匈奴的英雄事迹。因此，研究团队借用卫青 (WeiTsing) 命名新发现的抗病基因。

迄今为止，我们发现植物可通过经典的NLR家族蛋白形成抗病小体来激活钙信号介导抗病免疫，也可通过非NLR抗病蛋白形成新型离子通道来激活钙信号和免疫应答。 该研究发现的WTS离子通道是在植物中首次发现的内质网钙离子释放通道，是我国科学家继发现抗病小体后在植物抗病领域取得一项新突破，也将为作物的抗病育种提供新思路。

中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员王伟、博士后秦力、博士生张文静及唐凌汇为该论文的共同第一作者；陈宇航研究员、周俭民研究员及王伟副研究员为论文的共同通讯作者。参加这项工作的还有四川农业大学的黄云团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所的梁承志团队。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.05.023

制版人：十一

参考文献

1. Wang, J. et al. Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity. Science 364, (2019^a).

2. Wang, J. et al. Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex. Science 364, (2019^b).

3. Bi, G. et al. The ZAR1 resistosome is a calcium-permeable channel triggering plant immune signaling. Cell 184, 3528–3541 (2021).

4. Förderer, A. et al. A wheat resistosome defines common principles of immune receptor channels. Nature 610, 532–539 (2022).

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