植物NLR蛋白在识别病原体入侵时会激活强烈的免疫反应。然而，NLR蛋白在条锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst)侵染小麦过程中的功能和调控机制仍知之甚少。
近日，康振生院士/张新梅副教授课题组在Developmental Cell发表题为“TaANK-TPR1 enhances wheat resistance against stripe rust via controlling gene expression and protein activity of NLR protein TaRPP13L1” 的研究论文，揭示了植物免疫新成员TaANK-TPR1通过调控NLR蛋白TaRPP13L1的转录表达及蛋白活性进而增强小麦抗性的分子机制。
该研究结合转录组及小麦全基因组家族分析成功鉴定到一个同时含有ankyrin（ANK）与tetratricopeptide repeat（TPR）的蛋白质TaANK-TPR1。利用RNAi干扰及过表达转基因小麦证明TaANK-TPR1在小麦与条锈菌互作过程中通过影响活性氧及细胞坏死从而发挥正调控作用。利用酵母文库筛选及体内外蛋白互作实验证实TaANK-TPR1与NLR蛋白TaRPP13L1互作，并证实TaANK-TPR1中ANK结构域主要执行这一功能。此外，该研究发现TaRPP13L1能够形成同源二聚体，而TaANK-TPR1存在或条锈菌侵染条件下均能促进该二聚化进程。同时，TaRPP13L1单独表达诱导轻微的细胞坏死，而TaANK-TPR1与TaRPP13L1共表达则可以激发强烈的细胞坏死。表明TaANK-TPR1能够通过与TaRPP13L1互作并促进其二聚化，通过引发更为强烈的细胞坏死来增强小麦的抗病性。
此外，研究人员在实验过程中发现TaANK-TPR1能够显著影响TaRPP13L1的表达水平，推测TaANK-TPR1可能同时行使转录调控功能。该研究利用RT-qPCR及双荧光素酶报告系统证实了这一猜想。之后研究人员对TaRPP13L1的启动子区进行逐步筛选，并最终证明TaANK-TPR1能够直接结合TaRPP13L1启动子区TGACGT motif，促进其转录表达，且TaANK-TPR1中TPR结构域主要执行这一关键功能。此外，该研究还发现TGACGT motif是响应茉莉酸（JA）及其甲酯（MeJA）的关键顺式作用元件。利用外源施加激素及GUS报告系统证实TaANK-TPR1与TaRPP13L1均能响应MeJA处理上调表达。
更重要的是，过表达 TaRPP13L1 能够在不影响田间重要农艺性状的情况下，显著降低小麦条锈病流行时的产量损失，为农作物抗逆遗传改良提供了重要的依据和种质资源。综上所述，TaANK-TPR1能够响应条锈菌侵染及JA信号，通过调控NLR基因TaRPP13L1的表达，并在蛋白层面与之互作，通过促进其二聚化从而激发强烈的细胞坏死，最终增强小麦对条锈菌的抗性。
TaANK-TPR1调控TaRPP13L1促进小麦抗性的分子机制
物保护学院2021级博士生郭双元为论文第一作者，康振生院士及张新梅副教授为本文的共同通讯作者。该工作得到了毛虎德研究员、江聪教授、陈鹏教授、刘杰教授、聂小军教授、韩德俊教授、吴建辉副教授及赵云成同学的大力支持。作物抗逆与高效生产全国重点实验室实验平台为文章完成提供了技术支持。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划等项目的资助。
文章链接：https://authors.elsevier.com/a/1kcF75Sx5g-YYp
编辑：黄海瀛
终审：王 存