像人类和动物一样，植物具有数百万年的进化复杂的免疫系统，抵御入侵的病原体。但与许多动物不同，植物缺乏抗体赋予的适应性免疫力。这意味着每个植物细胞必须抵御所有潜在的病原体 - 这是一项艰巨的任务。
隐藏在每个植物细胞内的疾病抗性基因编码的蛋白质复合物就像睡眠的军队，醒来并在检测到有害病原体如真菌或细菌时激活防御。这些基因编码农业生物技术专家用于产生抗病作物的特性，植物生物学家正在努力阐明它们如何工作的各个方面 - 其中大部分仍然笼罩在神秘之中。
在“科学”杂志上发表的一项新研究中，包括科罗拉多州立大学生物学助理教授Marc Nishimura在内的生物学家团队为植物免疫反应的一个关键方面提供了新的视角。他们的发现揭示了植物抗性蛋白如何引发局部细胞死亡，这可能导致在下一代作物中设计抗病性的新策略。
该研究小组由北卡罗来纳大学教堂山分校的Nishimura，Jeff Dangl和华盛顿大学医学院的Jeffrey Milbrandt领导。 Nishimura在科罗拉多州立大学生物化学与分子生物学系助理教授Erin Osborne Nishimura实验室开始研究工作。
Nishimura与同事一起确定了一个鲜为人知的植物抗性蛋白结构域的机制，称为“Toll-interleukin-1受体”或TIR结构域。研究小组表明，在植物免疫反应期间，TIR结构域是一种降解NAD +分子的酶，这种分子对所有生物体的新陈代谢至关重要。通过切割NAD +，植物自我破坏受感染的细胞，同时使其他人不受伤害。
科学家此前曾猜测植物TIR结构域可能像物理支架一样，构建一种附着在细胞质膜上的结构，并将其他蛋白质募集到该区域以开始免疫反应。这就是这些结构域在动物细胞中的作用，包括人类。
但是在2017年，Nishimura在华盛顿大学医学院的合作者观察到一种不寻常的动物TIR结构域，在一种名为SARM1的蛋白质中发现，与动物细胞中的其他TIR信号支架不同。相反，它起酶的作用。 Nishimura及其同事开始探讨该结构域是否具有类似的植物免疫功能。
Nishimura及其同事在Science的新工作表明，TIR结构域在植物免疫反应中的作用确实与功能上与更不寻常的动物TIR结构域在SARM1中的作用有关。他们发现植物TIR结构域本身就是一种切割NAD +的酶，而不是作为招募其他成分的结构支架。但是有一个重要的区别。虽然SARM1中的动物TIR结构域通过消耗NAD +水平杀死细胞，但植物TIR结构域似乎切割NAD +以产生信号分子。这种在动物细胞中未见的分子在结构上与称为环状ADP-核糖的经典信号分子有关。该团队正在努力了解他们所看到的这种新产品如何影响细胞死亡和抗病能力。
“25年来，我们不知道TIR域在植物中的作用，”Nishimura说。 “所以这些结果对于推进我们对TIR域如何实际引发免疫力的理解非常有意义。” Nishimura说，揭示植物免疫反应中的个体生化途径对于如何操纵植物系统来保护粮食作物至关重要，特别是当新的病原体出现和全球粮食供应变得脆弱时。
“希望，真正机械地理解免疫受体将帮助我们转移现有的受体，同时保留功能，最终让我们理性地设计新的受体来识别新出现的病原体，”他说。
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