研究发现控制免疫和发育的植物受体有一个共同的起源

植物不断进化出新的免疫受体来应对不断变化的病原体。日本理化学研究所可持续资源科学中心(CSRS)的研究人员追踪了植物免疫受体的起源和进化轨迹。他们的发现将使从基因组信息中识别免疫受体基因变得更容易，并有助于开发抗病原体作物。这项研究发表在《自然通讯》上。

与动物一样，植物也有免疫反应，帮助它们防御病毒、细菌、真菌和卵菌等病原体。在阻止入侵者之前，必须首先检测到它们，这是通过位于植物细胞表面的模式识别受体来完成的。这些受体检测与病原体相关的分子模式的能力取决于两种类型的蛋白质，称为 RLP 和 RLK，这两种蛋白质都可以包含富含亮氨酸的重复序列，即氨基酸亮氨酸多次出现的部分。

为了追踪植物免疫的进化，RIKEN CSRS 的 Ken Shirasu 和 Yasuhiro Kadota 领导的国际研究小组检查了受体的数量和模式。他们分析了超过 170,000 个编码 RLK 的基因和约 40,000 个编码 RLP 的基因，这些基因是从 350 个植物物种的公开数据中获得的。他们发现，富含亮氨酸重复序列的RLK和RLP是所有植物物种中最丰富的受体类型，占RLK的近一半和RLP的70%。

已知 RLP 和一些 RLK 包含一个特殊的岛屿区域，该区域对于识别部分病原体至关重要。RIKEN CSRS团队的调查发现，在含有富含亮氨酸重复序列的RLP中，这个特殊区域几乎总是位于同一个地方;在第 4 个和第 5 个富含亮氨酸的重复序列之间。这些 RLP 被发现与免疫反应有关。研究小组还发现，岛屿区域位于一些RLK的相同位置，几乎所有RLK都属于调节生长和发育的功能群。

比较分析表明，两种类型的蛋白质检测器之间岛区下方的四个重复序列非常相似，表明它们具有共同的进化祖先。特别是，这四组亮氨酸重复序列包含与同一共受体(称为 BAK1)结合所需的部分。这意味着免疫相关的 RLP 和生长相关的 RLK 从共同的祖先继承了结合 BAK1 的能力。

“有趣的是，我们发现在这些受体之间交换四个富含亮氨酸的重复区域并不会破坏它们的功能，”进行这项研究的 Bruno Pok Man Ngou 说。通过将生长相关的 RLK 与免疫相关的 RLP 相结合来创建混合受体，产生了一种能够识别病原体并诱导免疫和生长相关反应的混合受体。这意味着科学家应该能够通过交换这些模块来设计具有新功能的受体。

这项研究在分子水平上探讨了植物免疫的起源，表明同时分析多个植物基因组的信息可以直接、精确地预测参与植物免疫和生长的基因。

“我们目前正在利用这些信息从各种植物中分离出免疫受体，旨在实现实际应用，例如未来开发抗病作物，”Shirasu 说。

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