💡这项突破是什么?
植物免疫系统的“层级式”适应性演化
根据R基因编码蛋白的细胞定位和功能不同，R基因可分为PRR和NLR两类。其中，PRR蛋白定位于植物细胞表面，识别不同病原间保守的分子特征；NLR蛋白则为胞内蛋白，特异性识别不同病原释放进入植物细胞的效应因子。那么，在植物与病原体的“军备竞赛”中，PRR基因是否也像NLR基因一样经历了生态适应性演化呢？
该研究团队对上述808个植物基因组分析发现，它们基因组中的PRR基因的数量与NLR基因之间存在强烈的正相关，暗示了植物细胞表面和细胞内抗病蛋白存在协同进化的关系。值得注意的是，水生、食虫和寄生植物中均发生了PRR基因的显著减少，而真菌异养、沙漠和红树林植物则仅表现部分物种的部分PRR亚类显著减少。这一现象暗示：在病原压力降低的情况下，与NLR基因相比，PRR基因的减少更加温和，减速相对较慢。这一演化特征与二者在植物免疫中的功能差异完美呼应。两类R基因变化呈现强烈正相关的同时，存在这种差异的原因在于，单个PRR蛋白往往可识别存在于不同病原体的保守分子，其缺失会使植物失去对多种常见病原体的基本防御能力，而NLR基因编码的蛋白则主要负责识别快速进化的、物种特异性的病原体效应因子。因此，PRR和NLR基因在演化上展现出了鲜明的特点和层次关系，即病原选择压力降低时植物防御体系的有序“战略撤退”。
PRR和NLR的功能发挥，依赖于多个重要的信号蛋白。其中，EDS1家族成员和RNL家族成员在NLR介导的免疫反应中扮演着不可或缺的关键角色。该研究团队发现，大量的水生、食虫、寄生以及真菌异养植物等具备特殊生活方式的物种完全丢弃了EDS1和RNL家族基因。这表明，EDS1/RNL基因的缺失可能在NLR免疫受体的大量丢失中发挥重要驱动作用。然而，在沙漠植物和红树等特殊生境植物中，仅有少数物种零星丢失了EDS1/RNL家族基因中的个别成员，并未检测到EDS1/RNL家族的整体丢失。上述特殊生活方式的物种的NLR基因和EDS1/RNL抗病信号传导基因的丢失更加严重，暗示这些特殊生活方式的物种可能面临着相对更低的病原体压力。值得注意的是，上述同时丢失了EDS1和RNL基因的SLH植物，其PRR依赖的信号组分都完整存在，进一步支持了PRR和NLR两类抗病基因的“层级式”演化。
综上，该研究发现并系统论证了植物R基因的“层级式”演化规律，为理解植物免疫系统的适应性演化和功能机制提供了崭新的视角。相关成果近期以“Convergent reduction of immune receptor repertoires during plant adaptation to diverse special lifestyles and habitats”为题发表于《Nature Plants》。生命科学学院陈建群教授和邵珠卿副教授为该论文的通讯作者，博士生李赛熙和博士后刘洋为论文的第一作者，江苏省中国科学院植物研究所张艳梅副研究员参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金、江苏省农业科技自主创新项目和江苏高校“青蓝工程”项目资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01901-x
