中国农业大学植保学院陈东钦教授团队发现类似于动物GPCR受体调控植物广谱抗病性的免疫机制

4月7日，Molecular Plant 正式发表我校植保学院陈东钦教授课题组研究论文 Plant PAQR-like sensors activate heterotrimeric G-proteins to confer resistance against multiple pathogen。该研究揭示植物七跨膜受体PLSs类似于动物GPCRs通过G蛋白正向调控植物免疫，并在多物种中具备保守抗病性。

动植物在受到各种病原物的侵袭后，首先会利用细胞膜定位的受体去识别病原物相关分子，包括G蛋白偶联受体（GPCR）和模式识别受体（PRR）。迄今为止，植物里GPCR受体仍未被发现，甚至其存不存在颇有争议。人类孕激素和脂联素受体（progestin and adipoQ receptor，PAQR）家族，包括AdipoRs和mPRs，其蛋白结构与GPCR受体相似并且mPRs可以在动物中发挥GPCRs的角色。PAQR在植物中的同源蛋白PLSs被认为可能是候选的植物GPCR受体，因此，我们对PLSs偶联G蛋白的作用机理及其在植物免疫中的功能展开了研究。

本研究发现PLSs正向调控植物PTI反应（Ca²⁺内流、ROS迸发、MPAKs激活）、气孔免疫和多种病原菌（丁香假单胞菌和灰霉菌）的抗性，并且PLSs家族蛋白在此过程中功能冗余。PLSs能够和P2KI受体直接相互作用，或者和KIN7直接相互作用，而KIN7与FLS2和CERK1直接相互作用，通过依赖或者不依赖KIN7的互作介导PRRs感知PAMP/DAMP而触发的免疫反应，进一步调控植物广谱抗病性。

PLSs正向调控植物免疫

我们研究还发现PLSs与G蛋白复合体的α亚基GPA1在植物体内直接相互作用，并且PLSs在感知到胞外效应子之后能够促进GPA1的鸟苷酸交换（GEF活性），进而激活G蛋白，通过G蛋白向下游转导免疫信号。因此，PLSs除了与GPCR具有相似蛋白结构，还一样拥有GEF活性（判断是否GPCR受体标准之一），所以PLSs很有可能是植物体的GPCR受体。

配体触发PLSs-GEF活性激活Gα亚基

为了验证PLSs在作物里是否有相同的生物学功能，我们在水稻中敲除和过表达OsPLSs，我们获得 ospls1/2/3/4/6 五突变体和PLSs过表达株系。研究发现OsPLSs正向调控水稻对白叶枯病和纹枯病的抗性。同时在大豆根系通过农杆菌介导的瞬时表达技术超量表达GmPLSs，发现GmPLSs过表达提高了大豆对茎腐病的抗性。说明，PLSs在不同植物里具有保守的广谱抗病性。

PLSs在水稻和大豆中具有保守的抗病性

研究人员将人类脂联素受体 AdipoRs 在拟南芥中过表达，发现其正向调控植物的免疫反应。当将该基因回补到 pls1/3 突变体，发现 AdipoRs 能够回补 PSL1 和 PLS3 基因缺失造成的免疫功能损失。这些研究结果为能更好利用人类基因来提高作物的抗性和产量提供了可能性和研究基础。

综上所述，胞外PAMP/DAMP激活PLSs刺激异源三聚体G蛋白传递免疫信号；PLSs类似于动物GPCR具有鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）活性；PLS家族在拟南芥、水稻和大豆中具有保守的广谱抗病性；人类AdipoRs在植物中模拟PLS正向调控植物免疫；植物体内具有GPCR受体，PLS在植物体内可能起着GPCR的功能。

PLSs通过G蛋白介导植物先天免疫的工作模型

中国农业大学植物保护学院陈东钦教授为通讯作者，美国密苏里大学的 Gary Stacey 教授参与本工作的指导和写作。中国农业大学植物保护学院博士生张侯小、已毕业博士生张雨竹和博士后李全林为为论文共同第一作者。感谢中山大学李剑峰教授提供的 gpa1 突变体、农科院植保所孔令让提供的 Fusarium oxysporum 菌株、中国农大陈旭君教授提供的 Rhizoctonia solani 菌株。该研究得到了农业生物育种国家科技重大专项、拼多多-中国农业大学研究基金、国家自然科学基金项目和中国农业大学2115人才培育发展支持计划的资助。