揭开植物免疫和生长背后的遗传秘密

RIKEN CSRS的一个团队追溯了植物免疫受体的进化历史，揭示了它们与生长蛋白的共同祖先，以及通过基因工程创造抗病原体作物的潜力。

RIKEN的研究人员绘制了植物免疫力的进化图，揭示了一种改造具有增强抗病性的作物的途径。

植物不断进化出新的免疫受体，以应对不断变化的病原体。理化学研究所可持续资源科学中心（CSRS）的研究人员追踪了植物免疫受体的起源和进化轨迹。他们的发现将使从基因组信息中识别免疫受体基因变得更加容易，并可能有助于开发抗病原体作物。这项研究将于今天（2月1日）发表在科学期刊《自然通讯》上。

植物免疫反应

与动物一样，植物具有免疫反应，可帮助它们抵御病毒、细菌、真菌和卵菌等病原体。在阻止入侵者之前，必须首先检测到它们，这是通过位于植物细胞表面的模式识别受体来实现的。这些受体检测与病原体相关的分子模式的能力取决于两种类型的蛋白质，称为RLP和RLK，这两种蛋白质都可以包含富含亮氨酸的重复序列，即氨基酸亮氨酸多次出现的部分。

追踪免疫力的演变

为了追踪植物免疫的进化，由RIKEN CSRS的Ken Shirasu和Yasuhiro Kadota领导的国际研究小组检查了受体的数量和模式。他们分析了超过170,000个编码RLK的基因和大约40,000个编码RLP的基因，这些基因是从350种植物物种的公开数据中获得的。他们发现RLKs和具有富含亮氨酸重复序列的RLPs是所有植物物种中最丰富的受体类型，占RLKs的近一半和RLPs的70%。

主要发现和启示

已知 RLP 和一些 RLK 包含一个特殊的岛屿区域，该区域对于识别部分病原体至关重要。RIKEN CSRS团队的调查显示，在含有富含亮氨酸重复序列的RLP中，这个特殊区域几乎总是位于同一个地方;在第 4 次和第 5^次之间富含亮氨酸的重复。这些RLP被发现与免疫反应有关。他们还发现，该岛区在一些RLK中位于同一位置，几乎所有RLK都属于调节生长和发育的功能群。

对比分析表明，两类蛋白质检测器在岛区下方的4个重复序列非常相似，表明它们具有共同的进化祖先。特别是，这四组亮氨酸重复序列包含与同一共受体（称为BAK1）结合所需的部分。这意味着免疫相关的RLP和生长相关的RLK继承了从共同祖先那里结合BAK1的能力。

“有趣的是，我们发现在这些受体之间交换富含亮氨酸的重复序列的四个区域并没有破坏它们的功能，”进行这项研究的Bruno Pok Man Ngou说。通过将生长相关的RLK与免疫相关的RLP相结合来产生杂交受体，从而产生一种可识别病原体并诱导免疫和生长相关反应的杂交受体。这意味着科学家应该能够通过交换这些模块来设计具有新功能的受体。