通过修改植物细胞内免疫受体(NLR)，研究人员开发出了一种潜在的新策略来抵抗稻瘟病，稻瘟病是威胁全球粮食安全的最重要疾病之一。来自英国和日本的合作团队最近在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究成果。这可能对未来的作物保护方法以及最终的全球粮食供应稳定产生影响。
该项研究由约翰·英纳斯中心生物化学与代谢系牵头，合作伙伴包括东英吉利大学塞恩斯伯里实验室和日本岩手生物技术研究中心基因组学与育种部。在研究的关键部分，研究人员与英国国家同步加速器DiamondLightSource合作。他们的论文《利用生物工程技术将植物NLR免疫受体与保守的真菌病原体效应物进行结合》于7月初发表。
稻瘟病仍然是威胁全球粮食安全的最难治疾病之一。这种疾病是由丝状真菌稻瘟病引起的，每年直接造成30%以上的稻米损失。这种病原体还会导致小麦和大麦等其他谷类作物发生稻瘟病。
目前，在田间部署持久抗病性的方法受到它们在自然界中被识别的速度以及植物病原体(如稻瘟病菌)的进化速度的限制，这些病原体能够绕过这些新的抗性。植物免疫受体(如NLR)的生物工程已成为一种产生新型抗病性状的新途径，可以抵消植物病原体对全球粮食安全日益增长的威胁，并有可能按需开发。
主要作者RafałZdrzałek解释说：“病原体将称为&luo;效应物&ruo;的蛋白质分泌到宿主细胞中，以纵植物的新陈代谢并促进感染。植物可以使用称为NLR的免疫受体识别这些效应物。然而，定义一个自然识别任何给定效应物的受体并不总是那么容易，即使存在这样的受体，病原体的效应物也可能发生变异和进化以逃避这种识别。
“研究病原体效应物和植物受体之间的相互作用，以了解每种病原体的运作方式，同时也使我们能够修改天然植物受体并改变其识别特异性。”
在他们的出版物中，研究人员专注于从水稻中设计一种NLR免疫受体，以便与来自稻瘟病菌病原体的更广泛、保守的效应家族进行强有力的结合。
通讯作者MarkBanfield补充道：“通过识别保守的效应子家族，这种工程免疫受体为未来在农业中提供强大、更持久的稻瘟病抗性建立了原理验证。病原体可能更难进化以逃避识别。宿主-靶标免疫受体工程的概念也可能适用于其他依赖将效应子递送到宿主细胞中来发挥致病特性的植物疾病。”
通过将水稻NLRPikm-1的重金属相关(HMA)结构域与水稻蛋白OsHIPP43(Pwl2效应物的天然靶点)的重金属相关(HMA)结构域进行替换，研究人员成功改变了受体的反应特性，使其能够识别和响应Pwl2以及更广泛的Pwl效应物家族。
研究人员在英国国家同步加速器钻石光源的I04光束线上收集了X射线衍射数据，以研究这两种蛋白质相互作用的细节。复合物的晶体结构揭示了Pwl2和OsHIPP43之间存在广泛的界面。
有趣的是，研究人员进行的分析表明，新的嵌合蛋白可以识别植物体内不同的Pwl效应物。
为了探索嵌合蛋白的极限，他们根据晶体结构生成了一系列Pwl2靶向突变，并进行了一项新试验以测试改变的识别特异性。在许多情况下，该蛋白质可以识别效应物，显示出系统的稳健性。
这项研究的结果表明，以宿主为目标的NLR工程在开发新的抗性特征方面具有潜力，这些特征可能不太容易被病原体进化所克服。这项研究可能对未来的农作物保护和全球粮食供应稳定产生深远影响。