植物先天免疫受体的结构生物学研究

Plants innate immune system consists of two types of immune response: the PAMP or MAMP triggered immunity (PTI) and the effector triggered immunity (ETI). PTI is initiated by the membrane-anchored receptor-like proteins or receptor-like kinases, which are generally noted pattern recognition receptors (PRRs). As for the ETI immune response, the resistance proteins (R proteins) are responsible for the recognition of effectors and triggering ETI. Till now, many progresses have been made in the structural studies of PRRs, whereas structural observations are lack in the R proteins and complexes. We are determined in the structure solution of the first R protein inactive complex with the combination of X-ray crystallography and cryo-electron microscopy. Then we will design several assays to activate the R proteins with biochemical and genetics studies. Finally, we will determine the structure of the active form of R proteins.

植物体有两套先天免疫系统：由病原相关分子模式（PAMPs或者MAMPs）促发的免疫反应(PTI)和由效应蛋白（effectors）促发的免疫反应（ETI)。PTI是从位于细胞膜上的受体样蛋白或者受体样激酶起始的，这些受体统称为模式识别受体（PRRs）。植物体负责识别effectors、引发ETI免疫反应的蛋白被称为R蛋白。目前对于植物免疫系第一条防线的结构研究已获得很多进展，而对于植物免疫第二道防线，其主要执行者R蛋白及相关复合物的结构还没有解析。本研究拟利用结构生物学的方法，主要是结合X射线晶体学和冷冻电镜三维重构技术，尝试解析第一个植物R蛋白自抑制状态下的三维结构，揭示R蛋白自抑制的分子机理；之后利用生物化学和遗传学方法，尝试探索植物R蛋白识别effectors之后的激活方式，这对于领域内会是最重大的突破之一；最后我们会进一步解析R蛋白激活状态下的结构，详细揭示R蛋白激活的分子机制。

植物R蛋白是植物免疫系统的重要组成部分，其介导的ETI免疫反应是最强烈、最重要的抵御病原菌入侵的免疫反应。植物R蛋白的自我抑制机制和病原菌诱导的激活机制是R蛋白工作机制的两个最主要方面。在青年科学基金的资助下，我们对植物R蛋白的典型研究案例拟南芥ZAR1免疫受体复合物进行了全面而深入的研究，取得了非常显著的成果。我利用结构生物学的方法，主要是冷冻电镜三维重构技术，成功解析第一个植物NLR免疫受体复合物ZAR1-RKS1的自抑制状态（autoihibition）下的三维结构，揭示植物NLR免疫受体自抑制的分子机理；之后利用生物化学的方法，成功探索植物NLR免疫受体复合物ZAR1-RKS1识别effectors修饰底物PBL2UMP之后的激活（activation）方式，这对于领域内是最重大的突破之一；最后我进一步解析该植物NLR免疫受体复合物激活状态下的结构，并将植物抗病蛋白的激活复合体首次命名为“Resistosome”，详细揭示植物NLR免疫受体激活的分子机制之一。该系统性的研究为植物免疫的主要承担者NLR型免疫受体的工作机制研究提供重要参考和模板，同时也为通过遗传育种培育高产、抗病的新品种提供理论基础。