水稻是世界上近一半人口的主食來(lái)源，其穩(wěn)定生產(chǎn)對(duì)保障全球糧食安全有重要意義。由真菌 Magnaporthe oryzae 引起的稻瘟病是水稻最嚴(yán)重的病害，屬于農(nóng)作物十大真菌病害之首。稻瘟病經(jīng)常在我國(guó)和世界各稻區(qū)流行，可引起水稻大幅度減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)40%-50%，甚至顆粒無(wú)收，已成為水稻生產(chǎn)過(guò)程中主要的制約因素，也是全球糧食安全的重大隱患。目前的研究表明，抗病受體NLR (Nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat) 類(lèi)蛋白在植物免疫調(diào)控中扮演著重要角色，因此在分子抗病育種中得到廣泛使用。但是，NLRs所介導(dǎo)的免疫激活和抗病信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制還不清楚。

2024年12月9日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華院士研究組聯(lián)合云南大學(xué)劉軍鐘研究組合作在Science Bulletin上在線發(fā)表題為“A PRA-Rab trafficking machinery modulates NLR immune receptor plasma membrane microdomain anchoring and blast resistance in rice”的研究論文，揭示了PIBP4-Rab5a轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器參與調(diào)控NLR蛋白PigmR在細(xì)胞膜微區(qū)的積累，且PigmR蛋白能夠激活微區(qū)上的OsRac1蛋白，促進(jìn)活性氧的產(chǎn)生，以增強(qiáng)水稻對(duì)稻瘟病的抗性的新機(jī)制。

何祖華研究組前期從起源于我國(guó)農(nóng)家品種的育種材料中鑒定了一個(gè)廣譜持久抗稻瘟病新位點(diǎn)Pigm，解析了Pigm調(diào)控抗病性與產(chǎn)量平衡機(jī)制的基礎(chǔ)（Science, 2017），揭示了該位點(diǎn)中廣譜抗病NLR受體蛋白PigmR與RRM轉(zhuǎn)錄因子相互作用以激活下游免疫反應(yīng)的機(jī)制（Molecular Cell, 2019），并剖析了PigmR通過(guò)保護(hù)免疫代謝通路免受病原菌攻擊，協(xié)同整合植物PTI和ETI，進(jìn)而賦予水稻廣譜抗病性的新機(jī)制（Nature, 2021）。為了進(jìn)一步解析PigmR的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，該研究通過(guò)酵母雙雜交技術(shù)篩選發(fā)現(xiàn)異戊烯基化Rab GTPase受體（Prenylated Rab Acceptor, PRA）家族成員PIBP4（PigmR Interacting and Blast resistance Protein 4）能夠與PigmR蛋白相互作用。敲除PIBP4會(huì)減弱PigmR介導(dǎo)的稻瘟病抗性。該研究進(jìn)一步鑒定出了與PIBP4相互作用的小G蛋白OsRab5a。OsRab5a也可以和PigmR相互作用，且敲除OsRab5a同樣減弱了PigmR介導(dǎo)的稻瘟病抗性。PIBP4和OsRab5a是囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)途徑相關(guān)蛋白。該研究發(fā)現(xiàn)在稻瘟病菌侵染的水稻中，PIBP4和OsRab5a中的任何一個(gè)蛋白的缺失均會(huì)降低PigmR蛋白在細(xì)胞膜微區(qū)（Microdomain）的累積。微區(qū)定位的PigmR能夠與小GTP酶OsRac1相互作用并激活OsRac1，從而觸發(fā)活性氧信號(hào)傳導(dǎo)，介導(dǎo)植物的免疫反應(yīng)以抵御稻瘟病侵染。該研究發(fā)現(xiàn)了一條新的NLR免疫信號(hào)通路，為植物抗病信號(hào)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及水稻抗病分子育種提供了新的視角和靶點(diǎn)。這是該實(shí)驗(yàn)室在廣譜抗病NLR受體PigmR的研究上繼Science（2017），Molecular Cell（2019），Nature（2022）發(fā)表文章以后，又一個(gè)重要的進(jìn)展。

中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士后梁迪、已畢業(yè)博士生楊冬勇、云南大學(xué)生命科學(xué)中心博士研究生李泰和朱喆為該論文的共同第一作者，何祖華院士和劉軍鐘研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了農(nóng)業(yè)生物育種國(guó)家重大科技專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、云南省興滇英才支持計(jì)劃、云南省科技廳研究項(xiàng)目等的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.007

圖：PIBP4-OsRab5a轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器調(diào)控PigmR介導(dǎo)的植物免疫模型。

PIBP4能夠與PigmR和激活形式的Rab GTP酶OsRab5a相互作用，從而將一部分 PigmR蛋白裝載到靶向細(xì)胞質(zhì)膜微區(qū)的運(yùn)輸囊泡上。微區(qū)定位的PigmR能夠與小GTP酶OsRac1相互作用并激活OsRac1，從而觸發(fā)活性氧信號(hào)傳導(dǎo)，介導(dǎo)植物的免疫反應(yīng)以抵御稻瘟病侵染。