百人博士973项目新成果登国际刊物

　　

生物通报道：来自中科院遗传与发育生物学研究所，清华大学生科院等处的研究人员发表了题为“Structure-Function Analysis of Barley NLR Immune Receptor MLA10 Reveals Its Cell Compartment Specific Activity in Cell Death and Disease Resistance”的文章，进行了系统的分析，从中发现了由N端的Coiled-coil（CC）结构域介导的细胞死亡受到精细的调控，这一成果公布在寄主与病原菌互作领域国际刊物PLoS pathogens上。

文章的通讯作者是遗传与发育生物学研究所，“****”入选者沈前华研究员，沈前华实验室的博士生白世伟是该论文的第一作者。该研究得到了科技部973计划、国家自然科学基金委和中国科学院的资助，并得到国内国际同行的协作。

植物细胞内抗病蛋白特异性识别病原菌后激发强烈的抗病反应，这类抗病反应往往伴有局部的细胞死亡。但抗病蛋白介导的抗病与细胞死亡的因果关系多有争议、其亚细胞分区定位与死亡信号的关系也不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员系统地研究了大麦白粉菌抗病蛋白MLA10结构与功能的关系，亚细胞定位与抗病反应、细胞死亡的关系等。他们发现，由N端的Coiled-coil（CC）结构域介导的细胞死亡受到精细的调控，包括多个保守基序和C端LRR结构域的调控；也需要分子伴侣组份SGT1、HSP90的参与。

研究人员通过借助本生烟草（N. benthamiana）表达系统结合大麦中的抗病功能研究，结果表明细胞核内MLA10足以限制白粉菌的生长，但不引发细胞死亡；而细胞质中的MLA10能够引发细胞死亡。

这项研究揭示了MLA10介导细胞死亡信号与抗病信号的亚细胞功能分区，并提出抗病蛋白可能通过整合来自不同亚细胞区域的多种信号途径，最终达到有效抗病的目的。

除此之外，近期在植物免疫研究方面，来自清华大学与中科院遗传与发育生物学研究所等处的研究人员通过多种生化和功能分析以及结构生物学实验，发现了几丁质激活CERK1的机理。

他们发现当植物宿主细胞感受到几丁质时，植物细胞膜上的AtCERK1通过胞外LysM结构域二聚化来完成配体感应，使其胞内结构域磷酸化并激活下游防卫反应信号通路。该项研究为理解植物免疫调控及其它受体激酶的作用方式提供了一个宝贵的模型。（具体请见专访周俭民：假以时日，差距会缩小）

（生物通：万纹）

原文摘要：

Structure-Function Analysis of Barley NLR Immune Receptor MLA10 Reveals Its Cell Compartment Specific Activity in Cell Death and Disease Resistance

Plant intracellular immune receptors comprise a large number of multi-domain proteins resembling animal NOD-like receptors (NLRs). Plant NLRs typically recognize isolate-specific pathogen-derived effectors, encoded by avirulence (AVR) genes, and trigger defense responses often associated with localized host cell death. The barley MLA gene is polymorphic in nature and encodes NLRs of the coiled-coil (CC)-NB-LRR type that each detects a cognate isolate-specific effector of the barley powdery mildew fungus. We report the systematic analyses of MLA10 activity in disease resistance and cell death signaling in barley and Nicotiana benthamiana. MLA10 CC domain-triggered cell death is regulated by highly conserved motifs in the CC and the NB-ARC domains and by the C-terminal LRR of the receptor. Enforced MLA10 subcellular localization, by tagging with a nuclear localization sequence (NLS) or a nuclear export sequence (NES), shows that MLA10 activity in cell death signaling is suppressed in the nucleus but enhanced in the cytoplasm. By contrast, nuclear localized MLA10 is sufficient to mediate disease resistance against powdery mildew fungus. MLA10 retention in the cytoplasm was achieved through attachment of a glucocorticoid receptor hormone-binding domain (GR), by which we reinforced the role of cytoplasmic MLA10 in cell death signaling. Together with our data showing an essential and sufficient nuclear MLA10 activity in disease resistance, this suggests a bifurcation of MLA10-triggered cell death and disease resistance signaling in a compartment-dependent manner.

作者简介：
沈前华
研究方向：植物与病原菌互作
沈前华，男，博士，研究员，博士生导师

个人经历

2008-自今 入选中国科学院‘****’，中科院遗传与发育生物学研究所，研究员
2004-2008 德国马普研究所Max Planck Institute for Plant Breeding Research，博士后
2001-2004 德国马普植物育种研究所 /英国Sainsbury Lab学习，博士
1999-2000 英国John Innes Centre学习，M.Sc
1998-1999 英国University of Westminster，访问学者
1987-1998 江西大学 /南昌大学任教，助教，讲师，副教授
1985-1987 华中农大学习，硕士
1981-1985 江西农大学习，学士

研究领域

近20年来，国际上植物先天免疫机理的研究取得了引人注目的进展，建立了较为完整的理论体系。植物的抗病性主要是由两类免疫受体介导，一类是定位于细胞表面的受体，识别微生物相关分子模式（MAMP或PAMP）后介导基础抗性；另一类是细胞内受体即所谓的抗病蛋白（R protein），多属于NB-LRR结构类型，它们识别病原菌效应蛋白后激活而介导小种专化抗性，这种抗性往往伴随有局部细胞死亡即超敏反应（hypersensitive response，HR）。我们主要以麦类作物、烟草和拟南芥为材料，研究植物抗病蛋白介导小种专化抗性的分子机理，阐明植物抗病反应与细胞转录调控的关系，探索专性寄生菌大、小麦白粉病菌的致病机理；目标是为改良作物的抗病性提供理论依据和材料。

抗病蛋白介导小种专化抗性的分子机理

小种专化抗性是由主效的R基因介导的在生产上应用最为广泛的一种抗病类型，因此其抗性机理的研究始终是热点。大麦（Hordeum vulgare）和白粉病（B.graminis, Bgh）的互作是一个高度共进化的系统，因此也成为研究小种专化抗性机理的理想体系。传统的遗传分析表明大麦基因组中的Mla基因座位具有30多个等位基因，目前已克隆的Mla基因都编码NB-LRR类型抗病蛋白。我们将深入地研究： 1）NB-LRR蛋白的结构和功能的关系；2）鉴定MLA蛋白抗病复合物及激活后的下游组分； 3）NB-LRR蛋白的亚细胞动态分布与抗病功能的关系；4）microRNA参与调控小种专化抗性的研究等。

抗病反应的细胞转录调控

近年研究发现越来越多的抗病蛋白在细胞核内有分布，以及抗病蛋白激活后导致细胞内剧烈的转录重新编程（transcriptional reprogramming），这为研究抗病反应与细胞转录调控的关系奠定了良好的基础。我们以前的研究表明大麦MLA抗病蛋白与两个WRKY转录因子互作，WRKY1和WRKY2对白粉病抗性起负调控作用。通过鉴定WRKY2在大麦染色质上的可能结合位点，寻找潜在的靶标并对候选的下游靶基因的生物学功能进行进一步深入的研究。而对小麦中同源基因TaWRKY1和TaWRKY2的克隆和功能分析，以及通过转基因干涉技术有可能增强小麦的抗白粉病水平抗性。

作物专性寄生真菌的致病机理

近年来在植物病原菌的致病机理研究方面也有了迅猛的进展，通过对细菌、卵菌、真菌和线虫等病原物的研究形成了所谓的‘效应物生物学’（effector biology）。大、小麦白粉菌是专性寄生菌，它们侵入大、小麦的表皮细胞形成特殊真菌结构吸器（Haustorium）来吸取寄主的水分和养分，同时也是真菌和寄主间其它物质交流的界面，因此成为研究专性寄生真菌致病机理的特色系统。目前国际上对大麦白粉菌（Bgh）和小麦白粉菌（Bgt）已经完成测序或正在测序，我们将结合生物信息学、生物化学、细胞生物学等方法和手段，鉴定和分离大、小麦白粉病菌的效应蛋白的候选基因，对其功能进行系统地分析，并鉴定寄主体内的作用靶标，研究麦类作物白粉病菌致病机理，以及抗病蛋白对于无毒效应蛋白（AVR）的识别机制等。