转自：MedPeer
iNature
植物根系会遇到许多致病微生物，这些微生物常常会引起毁灭性的疾病。其中一种病原菌——芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae, Pb)在世界范围内造成十字花科作物的根茎病和严重的产量损失。
2023年6月8日，中国科学院遗传与发育生物学研究所陈宇航，周俭民及王伟共同通讯在Cell 在线发表题为“WeiTsing, a pericycle-expressed ion channel, safeguards the stele to confer clubroot resistance”的研究论文，该研究报道了从拟南芥中分离到的广谱根肿病抗性基因WeiTsing (卫青，WTS)。Pb 感染后，WTS在中柱鞘中被转录激活，以防止病原体在柱体上定植。携带WTS基因的甘蓝型油菜对铅具有较强的抗性。
WTS编码一种定位于内质网(ER)的小蛋白，其在植物中的表达可诱导免疫应答。冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构揭示了一种以前未知的具有中心孔的五聚体结构。电生理分析表明，WTS是一个钙渗透的阳离子选择通道。结构导向诱变表明通道活性是触发防御的严格要求。这些发现揭示了一种类似于在中柱鞘中触发免疫信号的抵抗体的离子通道。
植物利用大量抗病(R)基因来抵御害虫和致病微生物的攻击。绝大多数R基因编码细胞表面定位模式识别受体(PRRs)和细胞内核苷酸结合、富含亮氨酸重复序列的受体(NLRs)，这些受体感知免疫原性信号并触发防御。细胞质Ca2+ 的增加已经成为激活这两类免疫受体的关键次要信号。最近的研究进展表明，各种典型离子通道在PRRs激活时引导Ca2+ 内流，而一些携带螺旋卷曲(CC)结构域(CNL)或RPW8样CC结构域(RNLs)的NLRs形成寡聚抵抗体，其自身传导Ca2+以触发免疫反应。
我们对植物免疫的认识主要来源于对地上组织的研究。我们对植物如何抵御土壤传播的病原体知之甚少。其中一种病原体是芸薹根肿菌(Plasmodiophora brassicae, Pb )，它是一种专性生物营养原生生物，在世界范围内引起毁灭性的根茎病和严重的十字花科作物产量损失。Pb 在根毛或表皮中引起原发性感染，然后产生次生游动孢子。
文章模式图（图源自Cell ）次生游动孢子穿透皮层组织和石柱，在那里定植薄壁细胞，引起细胞异常增大和不受控制的细胞分裂，在地下组织形成特征性的瘿。瘿分解后，大量休眠孢子被释放到土壤中，在那里它们多年保持传染性，使疾病难以控制。从油菜中克隆出两个棒根抗性基因Crr1a和CRa/CRb，这两个基因都编码Toll/白细胞间素-1受体(TIR)结构域(TNLs)的NLR，并具有种族特异性抗性。从机制上讲，它们如何介导对Pb 的抗性仍然知之甚少。
该研究鉴定了一个名为WeiTsing (卫青，WTS)的拟南芥R基因，该基因作为转基因引入后，不仅在拟南芥中，而且在甘蓝型油菜中也具有广谱的Pb抗性。WTS在转录水平上受到严格调控，并在Pb感染后在中柱鞘中特异性表达。WTS的存在有效地阻断了Pb的定植。WTS编码一种内质网(ER)定位的小蛋白，其表达可激活典型免疫反应并可引发细胞死亡。重要的是，冷冻电子显微镜(cryo-EM)和电生理分析表明，WTS形成了一个可渗透到Ca2+ 的五聚体阳离子选择性离子通道。通道活性是wts介导的[Ca2+]cyt 增加和防御所必需的。因此，这项研究揭示了一种类似于抵抗体的机制，这种机制专门在中柱鞘中起作用，以保护致命的土壤传播病原体的侵害。
中国科学院遗传与发育生物学研究所副研究员王伟、博士后秦力、博士生张文静及唐凌汇为该篇论文的第一作者；陈宇航、周俭民与王伟为论文的共同通讯作者。参加这项工作的还有四川农业大学的黄云团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所的粱承志团队。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然基金及中科院战略先导专项的支持。
参考消息：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00542-1#%20
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