加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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上海高研院大科學(xué)裝置用戶發(fā)現(xiàn)一種植物新型免疫激活機(jī)制

發(fā)布時(shí)間：2024-03-06 【字體：大 中 小】【打印】 【關(guān)閉】

2月16日，國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施支持清華大學(xué)/西湖大學(xué)用戶柴繼杰教授團(tuán)隊(duì)與其合作單位南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王源超教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種植物新型免疫激活機(jī)制，揭示了植物多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（Polygalacturonase-inhibiting protein, PGIP）特異性識(shí)別病原菌果膠多聚半乳糖醛酸水解酶（Polygalacturonase, PG）并劫持其酶活性來(lái)觸發(fā)植物先天免疫的獨(dú)特分子機(jī)制，對(duì)認(rèn)識(shí)植物免疫系統(tǒng)、合理利用和精準(zhǔn)改造PGIP提高作物抗性具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)成果以“A plant mechanism of hijacking pathogen virulence factors to trigger innate immunity”為題，在Science上發(fā)表。

本研究利用中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施BL18U1線站，解析了聚半乳糖醛酸酶PvPGIP2N274D-FpPG和 PGLR 的晶體結(jié)構(gòu)（PDBID分別為 8IKW和8IKX），并利用蛋白質(zhì)設(shè)施BL19U1線站完成前期數(shù)據(jù)篩選，為該項(xiàng)研究成果提供了重要支持。同時(shí)，用戶利用上海高研院上海光源BL02U1和BL10U2線站開展了蛋白晶體的相關(guān)衍射實(shí)驗(yàn)。

在植物與病原菌的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中，效應(yīng)子是病原菌攻擊寄主植物的武器，病原菌分泌效應(yīng)子攻擊植物的免疫系統(tǒng)導(dǎo)致植物感病；植物進(jìn)化出精細(xì)、復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，通過識(shí)別病原菌效應(yīng)子激活植物抗性從而保護(hù)自身免受侵害。植物的細(xì)胞壁由高度復(fù)雜的纖維素、半纖維素、果膠聚糖結(jié)構(gòu)組成，是病原菌成功入侵植物需要突破的重要防線。病原菌在侵染植物的早期分泌的效應(yīng)子中包含大量的細(xì)胞壁降解酶（Cell wall degrading enzyme, CWDE），破壞植物細(xì)胞壁。

果膠多聚半乳糖醛酸水解酶(PG)是病原菌分泌的一類重要的致病效應(yīng)子，具有保守的細(xì)胞壁降解酶活性，對(duì)病原菌的致病性至關(guān)重要。學(xué)界普遍認(rèn)為多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白PGIP通過抑制PG酶活發(fā)揮抗病功能。然而，植物PGIP與病原菌PG互作激活植物免疫的分子機(jī)制一直不清楚。

該項(xiàng)研究首次解析了分辨率為1.93?的PvPGIP2-FpPG復(fù)合物結(jié)構(gòu)。與之前所有報(bào)道的細(xì)胞壁降解酶抑制蛋白（CWDE-inhibiting protein, CWDEIP）與CWDE的復(fù)合物結(jié)構(gòu)不同，PvPGIP2并未結(jié)合在FpPG的酶活中心，表明PvPGIP2與FpPG存在獨(dú)特的作用機(jī)制。PGIP-PG形成一個(gè)全新的多聚半乳糖醛酸水解酶，與PG單體具有完全不同的酶動(dòng)力學(xué)活性。該研究表明植物PGIP并不直接抑制PG酶活性，而是改變底物結(jié)合方式，促進(jìn)能夠激活植物免疫的高聚OG產(chǎn)生，并減少抑制植物免疫的低聚OG產(chǎn)生。該研究首次揭示了植物細(xì)胞壁降解酶抑制蛋白通過調(diào)控病原菌細(xì)胞壁降解酶底物轉(zhuǎn)化激活植物免疫的全新機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，該研究進(jìn)一步對(duì)PGIP進(jìn)行了工程化改造。改造后的PGIP不僅能產(chǎn)生更多的OG10-15，并且獲得了新的識(shí)別PG的功能。

PGIP-PG介導(dǎo)的植物免疫響應(yīng)

綜上所述，該研究揭示了多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白PGIP和多聚半乳糖醛酸酶PG互作激活植物免疫的全新分子機(jī)制，為植物與病原物互作領(lǐng)域提供了全新的研究范式。對(duì)PGIP的定向編輯，提高PGIP識(shí)別PG激活植物抗性的功能，對(duì)認(rèn)識(shí)植物免疫系統(tǒng)、合理利用和精準(zhǔn)改造植物免疫元件提高作物抗性具有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)其機(jī)制的解析對(duì)認(rèn)識(shí)生物互作的本質(zhì)，改造作物的持久廣譜抗病性具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj9529#sec-3