基于模式识别受体和人工设计诱饵蛋白扩展植物识别特异性

病原/微生物相关分子模式(PAMPs/MAMPs)被位于宿主细胞表面的模式识别受体(PRRs)识别并激活免疫反应.这种病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)能够帮助植物抵抗大部分致病微生物的侵入,因此利用基因工程技术在植物中表达PRRs,以增强植物对病原微生物的免疫识别是一种非常有潜力的植物抗病性改良的策略.植物病原微生物分泌的效应蛋白通常利用多种多样的生化机制直接靶向和抑制PTI信号通路的关键组分,从而抑制PTI.一些植物进化出与效应蛋白的靶标类似的诱饵蛋白,并诱导效应蛋白的错误靶向.这种识别的结果不抑制PTI免疫反应,反而诱导效应蛋白激活的免疫反应(ETI).这种机制提示了人工设计的诱饵蛋白在特定植物中产生新的识别特异性的可能性.本综述总结了PRRs对PAMPs的识别,以及诱饵蛋白对效应蛋白监控方面的研究进展.利用转基因异源表达EFR或PBS1诱饵蛋白在实验室条件下成功扩展了植物的识别特异性,体现了对PRRs和人工设计的诱饵蛋白在植物对病原识别特异性的扩展和抗病性改良方面的潜力,突显了分离和鉴定新的PRRs和诱饵蛋白的必要性.     

两类免疫受体强强联手筑牢植物免疫防线

植物先天免疫系统在抵御病原菌入侵过程中发挥至关重要的作用, 主要包括两个层次, 即病原菌相关分子模式和效应因子分别触发的PTI和ETI免疫反应。PTI和ETI分别由植物细胞膜表面模式识别受体(PRRs)和胞内免疫受体(NLRs)激活, 具有特异的激活机制, 但是两者激活的下游免疫事件相互重叠。PTI和ETI是否为泾渭分明的两道防线, 以及ETI与PTI下游事件为何如此相似, 一直是植物免疫领域最受关注的问题之一。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳团队与合作者利用拟南芥(Arabidopsis thaliana)与丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)互作系统对PTI和ETI在机制上的联系进行了研究。他们发现PRRs和共受体参与ETI, 而活性氧的产生是联系PRRs和NLRs所介导的免疫早期信号事件。他们还发现NLRs信号能够迅速增强PTI关键因子的转录和蛋白水平, PTI的增强在ETI免疫反应中不可或缺。该研究从机制上解析了植物免疫领域中长期悬而未决的PTI与ETI相似性之谜, 是该领域的一项突破性进展, 为未来作物分子设计育种提供了新的启示。     

水稻免疫机制研究进展

植物先天免疫主要由两部分组成：一类是通过细胞膜上的病原菌分子模式识别受体识别病原微生物表面存在的分子特征激发的免疫反应（PTI）;另一类是专化性的抗病R蛋白识别病原微生物的效应蛋白,从而激发下游的病原菌小种特异性的防卫反应过程（ETI）．随着水稻抗病信号途径中越来越多的抗病基因以及关键的调控基因被克隆和功能鉴定,同时多种水稻病原菌效应蛋白的发现,水稻抗病机理的研究也越来越深入．本文阐述了水稻的PTI,ETI及其下游参与免疫信号转导的关键性组分,从而形成一个初步的水稻免疫调控网络．     

植物与病原微生物互作分子基础的研究进展

植物在与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫防卫体系。植物的先天免疫系统可大致分为两个层面。第一个层面的免疫基于细胞表面的模式识别受体对病原物相关分子模式的识别,该免疫过程被称为病原物相关分子模式触发的免疫(PAMP-triggered immunity,PTI),能帮助植物抵抗大部分病原微生物;第二个层面的免疫起始于细胞内部,主要依靠抗病基因编码的蛋白产物直接或间接识别病原微生物分泌的效应子并且激发防卫反应,来抵抗那些能够利用效应子抑制第一层面免疫的病原微生物,这一过程被称为效应子触发的免疫(Effector-triggered immunity,ETI)。这两个层面的免疫都是基于植物对"自我"及"非我"的识别,依靠MAPK级联等信号网络,将识别结果传递到细胞核内,调控相应基因的表达,做出适当的免疫应答。本文着重阐述了植物与病原微生物互作过程中不同层面的免疫反应所发生主要事件的分子基础及研究进展。     

植物免疫受体FLS2的胞内运输机制

植物通过细胞表面的模式识别受体(PRRs)识别病原相关分子模式(PAMPs),启动植物免疫的第一道防线(PTI).拟南芥FLS2是第一个被发现的植物PRR,近年来围绕FLS2开展了大量的工作,相关研究成果已成为植物与病原微生物互作的重要理论基础.在真核细胞中,细胞膜受体从产生到降解经过了一系列的胞内运输过程,膜受体的胞...     

植物与病原微生物互作分子基础的研究进展

植物在与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫防卫体系。植物的先天免疫系统可大致分为两个层面。第一个层面的免疫基于细胞表面的模式识别受体对病原物相关分子模式的识别, 该免疫过程被称为病原物相关分子模式触发的免疫(PAMP-triggered immunity, PTI), 能帮助植物抵抗大部分病原微生物; 第二个层面的免疫起始于细胞内部, 主要依靠抗病基因编码的蛋白产物直接或间接识别病原微生物分泌的效应子并且激发防卫反应, 来抵抗那些能够利用效应子抑制第一层面免疫的病原微生物, 这一过程被称为效应子触发的免疫(Effector-triggered immunity, ETI)。这两个层面的免疫都是基于植物对“自我”及“非我”的识别, 依靠MAPK级联等信号网络, 将识别结果传递到细胞核内, 调控相应基因的表达, 做出适当的免疫应答。本文着重阐述了植物与病原微生物互作过程中不同层面的免疫反应所发生主要事件的分子基础及研究进展。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

寄主植物与病原菌免疫反应的分子遗传基础

近年来,大量的植物抗病基因和病原菌无毒基因被克隆,抗病基因和无毒基因的结构、功能及其互作关系的研究也取得重大进展。在植物中,由病原菌模式分子(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)引发的免疫反应(PAMP-triggered immunity, PTI)和由效应因子引发的免疫反应(effector-triggered immunity, ETI)是植物在长期进化过程中形成的两类抵抗病原物的机制。PTI反应主要通过细胞表面受体(patternrecognition receptors, PRRs)识别并结合PAMPs从而激活下游免疫反应,而在ETI反应中,则通过植物R基因(resistance gene,R)与病原菌无毒基因(avirulence gene, Avr)产物间的直接或间接相互作用来完成免疫反应。本文对植物PTI反应和ETI反应分别进行了概述,重点探讨了植物R基因与病原菌Avr基因之间的互作遗传机理,并对目前植物抗性分子遗传机制研究和抗病育种中的问题进行了探讨和展望。     

微丝骨架调控植物免疫机制的研究进展

植物病害是威胁农业生产的重要因素之一,会造成严重的粮食安全问题以及经济损失.植物对病原微生物的抵抗依赖于自身的先天免疫系统(plant innate immunity),主要包括分子模式触发免疫(pattern-triggered immunity, PTI)和效应因子触发免疫(effector-triggered immunity, ETI)两个层次.研究表明,微丝骨架在植物免疫中扮演重要角色,其通过自身动态重排来应对病原微生物的侵染,破坏宿主微丝会显著降低植物的抗病能力.本文重点介绍了植菌互作过程中的微丝骨架动态、参与调控植物免疫的微丝结合蛋白、调控微丝骨架的上游免疫信号以及微丝骨架动态在植物免疫中的生物学功能等的相关研究,并对微丝调控植物免疫的未来研究方向提出了展望.     

Toll样受体3激动剂在疫苗佐剂中的应用进展

模式识别受体（pattern recognition receptor,PRR）在先天免疫系统中起着至关重要的作用,是重要的宿主传感器,可识别入侵病原体所显示的病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular pattern,PAMP）。PAMP是独立的免疫调节剂,且具有多种生化成分和特殊结构,逐渐被认为是许多现代疫苗的关键成分。Toll样受体（Toll-like receptor,TLR）3激动剂是一种合成的双链RNA（double-stranded RNA,dsRNA）,能够以与病毒感染相似的模式激活宿主免疫防御的多种通路。当与抗原适当混合时,TLR3激动剂可以用作PAMP-佐剂,以调节和优化抗原特异性免疫应答。基于此,主要讨论了TLR3及其激动剂的作用机制以及TLR3激动剂在疫苗佐剂中的应用进展,以期为动物疫苗的研究提供新的思路。     

昆虫天然免疫反应分子机制研究进展

昆虫体内缺乏高等脊椎动物所具有的获得性免疫系统, 只能依赖发达的天然免疫系统抵抗细菌、 真菌、 病毒等外源病原物的侵染。本文概括了昆虫天然免疫反应发生和作用的分子机制相关进展, 重点阐述了重要免疫相关因子在昆虫天然免疫反应中的功能和作用机制。昆虫天然免疫反应分为体液免疫和细胞免疫两种, 二者共同作用完成对病原物的吞噬 (phagocytosis)、 集结 (nodulation)、 包囊 (encapsulation)、 凝结 (coagulation)和黑化（melanization）等。当昆虫受到外界病原物的侵染时, 首先通过体内的模式识别蛋白（pattern recognition proteins/receptor, PRPs）识别并结合病原物表面特有的模式分子（pathogen-associated molecular pattern, PAMPs）, 继而一系列包括丝氨酸蛋白酶和丝氨酸蛋白酶抑制剂在内的级联激活反应被激活和调控, 产生抗菌肽、 黑色素等免疫效应分子, 清除或杀灭外源物。抗菌肽是一类小分子量的阳离子肽, 具有广谱抗菌活性, 针对不同类型的病原物, 抗菌肽的产生机制也不尽相同。昆虫体内存在着两种信号转导途径调节抗菌肽的产生： 一是由真菌和大部分革兰氏阳性菌激活的Toll途径; 二是由革兰氏阴性菌激活的Imd途径（immune deficiency pathway）。这两个途径通过激活不同转录因子调控不同抗菌肽基因的表达参与昆虫体内的天然免疫反应。     

GSDMs家族蛋白介导细胞焦亡在抗肿瘤免疫中的作用

细胞焦亡是一种调节性细胞死亡方式。Gasdermine（GSDMs）是一类执行细胞焦亡的胞内蛋白质。虽然GSDMs表达后的完整蛋白质不具有活性,但能被某些蛋白水解酶激活。被激活的GSDMs N端在质膜上穿孔,导致细胞裂解,引起细胞内的促炎分子及损伤相关分子模式（danger-associated molecular patterns,DAMPs）迅速有效地从焦亡细胞中释放,从而引发炎症和免疫反应。焦亡细胞促进抗肿瘤免疫作用可能涉及细胞毒性T淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤。本文介绍GSDMs介导的细胞焦亡及细胞焦亡过程中引发促炎症和免疫反应的关键分子,并且探讨细胞焦亡对肿瘤治疗的有利及不利因素,以期更好地了解细胞焦亡对肿瘤免疫微环境的影响及对肿瘤免疫治疗的作用,有助于促进恶性肿瘤治疗策略的改进。     

2012年第5卷第2期植物代谢与现代农业专刊

1 Wang H-Z, Dixon RA （2012）. On-off switches for secondary cell wall biosynthesis. Mol Plant, 5 （2）： 297-303 题目：次生细胞壁生物合成的开与关（综述） 摘要：次生细胞壁的硬度和强度支撑植物重量,以及确保水分和养分运输。它们也为人类生存提供织物、木材和潜在的第二代生物能源。参与细胞壁（即纤维素、半纤维素和木质素）合成的基因协同表达,     

植物与病原菌互作的分子机制研究进展

植物的先天免疫主要包括模式识别受体对保守的微生物病原相关分子模式的识别和抗病蛋白对效应蛋白的识别。植物与病原体互作过程中存在广泛的信号交流,信号分子在植物与病原体的互作攻防中发挥了重要的调控作用,决定了二者的竞争关系。当前,大量植物与病原体互作中的信号分子被定位和克隆,其作用方式被揭示。本文总结了这些信号分子及其在植物免疫过程中的作用机制,主要包括植物细胞表面的模式识别受体分子对病原相关分子模式的识别与应答,植物抗病蛋白对病原体效应蛋白的识别与应答,以及免疫反应下游相关信号分子及其在植物抗病中的作用。此外,本文对未来相关研究提出了展望。     

鱼类模式识别受体的研究进展

天然免疫（innate immunity）是基于对病原微生物成分的非克隆性识别而启动的快速防御反应。天然免疫系统可通过胚系编码的模式识别受体（pattern-recognition receptors,PRR）识别恒定不变的病原基元,即病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns,PAMPs）,启动信号级联转导,最终PRRs信号激活宿主免疫和前炎性基因的表达,引发针对所识别病原的免疫反应。目前PRRs主要分为5类,即C-型Lectins、Toll样受体（Toll-like receptors,TLRs）、视黄酸诱导基因I样受体（retinoic acid inducible gene I-like receptors,RLRs）、包含核苷酸结合区和亮氨酸富集区蛋白（the nucleotide-binding domain,leucine-rich repeatcontaining proteins,NLRs,也称NOD样受体）和最近发现的AIM样受体（absent in melanoma（AIM）-like receptors,ALRs）。近年来,随着5种鱼类基因组序列草图的完成,大量鱼类PRRs基因被发现,一些PRRs的配体特异性及其相关信号途径正在逐渐明晰。为此,将对鱼类Toll样受体（TLRs）、视黄酸诱导基因I样受体（RLRs）和NOD样受体（NLRs）的研究进展进行综述。     

家蚕免疫稳态调控分子的鉴定和表达模式分析

昆虫免疫稳态的维持有赖于准确地激活和有效地抑制Toll或IMD信号通路中的关键转录因子-- Dorsal/Dif或Relish。在果蝇等昆虫中, 已报道了多种降低转录因子稳定性和活性的免疫稳态调控分子, 突变或敲除这类分子导致免疫系统的过度激活。对家蚕Bombyx mori免疫信号通路的研究中, 至今为止尚无对这类分子的探索。本研究通过比较基因组学, 在家蚕基因组中鉴定了多个可能参与免疫稳态调控的分子, 包括Wnt家族成员、 Ubc9、 FAF和POSH等; 并通过检测家蚕被微生物感染后这些分子在多种免疫器官中的诱导表达模式, 发现这些分子的表达水平在微生物感染后普遍呈下降趋势, 虽然在某些组织中表达量有明显的升高（>1.5倍）, 但此高表达水平均不能维持且迅速下降; 而且免疫稳态调控分子和受其调控的信号通路的对应关系在不同组织中表现出差异。本研究是首次对家蚕免疫稳态调控分子的报道, 为深入研究家蚕免疫负调控的分子机制提供了参考。     

TLR4信号通路介导病毒性急性肺损伤与ARDS的研究进展

Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)是参与非特异性免疫的Ⅰ型跨膜蛋白分子,可识别病原相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns,PAMP)并在病原体侵入体内的早期阶段激活机体的免疫应答,在响应宿主细胞对微生物病原体的识别中起重要作用,是机体抵抗感染疾病的重要屏障.以流感病毒和冠状病毒为代表的呼吸道病毒感染在临床具有极高的发病率和死亡率.此类病毒感染细胞后可通过模式识别受体和病原体相关分子模式相互作用激活宿主的先天免疫系统,诱发宿主产生过激的炎症反应从而引发"细胞因子风暴",最终导致急性肺损伤与急性呼吸窘迫综合症而致人死亡.因此,本文就Toll样受体家族中的Toll样受体4介导的信号通路为对象,就其介导的信号通路在流感病毒与冠状病毒复制及其在导致病毒性急性肺损伤与ARDS形成中的作用及靶向抑制该通路治疗病毒性肺炎的研究进展作一综述,以供同行参考.     

Salmonella enterica Flagellin Is Recognized via FLS2 and Activates PAMP-Triggered Immunity in Arabidopsis thaliana

Infections with Salmonella enterica belong to the most prominent causes of food poisoning and infected fruits and vegetables represent important vectors for salmonellosis. Recent evidence indicates that plants recognize S. enterica and raise defense responses. Nonetheless, the molecular mechanisms controlling the interaction of S. enterica with plants are still largely unclear. Here, we show that flagellin from S. enterica represents a prominent pathogenassociated molecular pattern （PAMP） in Arabidopsis thaliana, which induces PAMP-triggered immunity （PTI） via the recognition of the fig22 domain by the receptor kinase FLS2. The Arabidopsis fls2 mutant shows reduced though not abolished PTI activation, indicating that plants rely also on recognition of other S. enterica PAMPs. Interestingly, the S. enterica type III secretion system （T3SS） mutant prgH- induced stronger defense gene expression than wild-type bacteria in Arabidopsis, suggesting that T3SS effectors are involved in defense suppression. Furthermore, we observe that S. enterica strains show variation in the fig22 epitope, which results in proteins with reduced PTI-inducing activity. Altogether, these results show that S. enterica activates PTI in Arabidopsis and suggest that, in order to accomplish plant colonization, S. enterica evolved strategies to avoid or suppress PTI.     

Toll样受体信号转导途径研究进展

Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)属于模式识别受体(pattern recognition receptors,PRRs)家族,识别高度保守的微生物组分-病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pat-terns,PAMPS)。迄今为止,在人类基因组中已发现10个Toll样受体。这些受体通过感知不同的微生物刺激,招募特异接头蛋白,激活一系列信号级联反应,引发针对病原体的特异性免疫应答,是连接天然免疫和适应性免疫应答的桥梁。哺乳动物Toll样受体的发现引领天然免疫的研究进入飞速发展的时代。本文将对Toll样受体信号转导途径的最新进展作一综述,以便更好地理解Toll样受体介导的分子免疫机制,这将有助于研发免疫治疗的分子靶标,最终有效预防、控制Toll样受体介导的疾病。