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細胞內(nèi)免疫受體NLRs是動植物先天免疫的核心組成成分。在動物中，NLRs通過組裝炎癥小體來激活caspase蛋白酶，進而切割活化促炎細胞因子，引發(fā)炎癥反應(yīng)。植物雖然不編碼caspase蛋白酶，但擁有在結(jié)構(gòu)和功能上與之類似的蛋白酶metacaspases (MCs)。然而，學(xué)界對MCs在植物免疫中的作用機制，及其與NLR信號通路互作與調(diào)控關(guān)系尚不明晰。近日，中國科學(xué)院微生物研究所研究員葉健團隊，首次揭示了在高等植物中，metacaspase 4（MC4）蛋白酶能夠特異識別并精確切割Bcl-2-associated athanogene 3（BAG3），且切割過程誘導(dǎo)植物細胞程序性死亡，進而啟動植物抗病毒免疫反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)深化了學(xué)界對動植物趨同免疫進化機制的理解，為培育具有抗病毒能力作物提供了新的分子靶點。雙生病毒作為植物病毒中種類最龐大的類群，可侵染番茄、棉花、玉米、大豆、木薯及小麥等重要糧食和經(jīng)濟作物，對糧食安全和生物安全構(gòu)成持續(xù)威脅。研究團隊發(fā)現(xiàn)，MC4在感知雙生病毒侵染后，表達水平被顯著誘導(dǎo)上調(diào)，MC4自激活后，介導(dǎo)BAG3蛋白在第122位精氨酸處發(fā)生切割，釋放BAG3的N端功能結(jié)構(gòu)域（BAG3-N），從而解除BAG3自抑制狀態(tài)。進而BAG3-N發(fā)生多聚化，形成多聚體并定位至細胞膜，最終引發(fā)細胞死亡，從而有效抑制病毒復(fù)制與增殖。研究進一步發(fā)現(xiàn)，在茄科植物中，輔助型免疫受體NRC2和NRC3可同MC4-BAG3免疫模塊發(fā)生互作，嚴謹調(diào)控植物胞內(nèi)免疫。同時，在植物從低等類群向高等植物進化過程中，BAG3蛋白第50位氨基酸被逐漸選擇穩(wěn)定保留為對其多聚體化至關(guān)重要的賴氨酸，賦予了BAG3誘導(dǎo)細胞死亡的能力，成為其抗病毒功能的重要分子基礎(chǔ)。另一方面，雙生病毒中最保守的復(fù)制相關(guān)蛋白Rep可特異性結(jié)合BAG3-N，進而實現(xiàn)免疫逃逸，增強其在宿主細胞內(nèi)的存活能力與感染進程。該研究發(fā)現(xiàn)了高等植物中BAG3是銜接上游MCs激活與下游抗病毒防御的保守免疫調(diào)控因子，為抗病作物分子設(shè)計與培育提供了新策略和新的分子靶標(biāo)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院的支持。論文鏈接MC4-BAG3調(diào)控植物抗病毒免疫機制