本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
与动物不同，植物没有含有能够抵抗细菌入侵的细胞的循环血液系统。相反，它们必须依靠各种其他技术，我在我之前的科学领域博客上详细介绍了这些技术。它们使用的一种方法是杀死靠近细菌或真菌感染的细胞，以饿死来袭的感染并防止其扩散。
这种技术效果很好，可以在病原体造成太大损害之前将其杀死，然后只需生长更多的叶子或枝条来替换留下的叶子或枝条。这是一种有趣的技术，与人体会想到的任何事情完全不同！我第一次写到它时就被迷住了，这就是为什么我特别有兴趣在最新的《公共科学图书馆·病原体》杂志上找到一篇探讨大麦死亡蛋白的文章。
该论文研究的蛋白质被称为 R-蛋白，是“抗病蛋白”的缩写。当大麦识别出接近的病原体，例如白粉病真菌时，它会激活最靠近真菌的细胞中的 R-蛋白。其理念是，面对一片贫瘠的死亡细胞景观，真菌会因饥饿而死亡。从植物的角度来看，诀窍是协调这些 R-蛋白，快速有效地杀死所需的细胞，而不会对植物的其余部分造成任何损害。
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在大麦中，相关的 R-蛋白被称为 MLA 蛋白，编号为 1-10。这些蛋白质可以存在于细胞核（DNA 所在之处）中，也可以存在于细胞质（细胞的其余部分）中。先前已经表明，细胞核中的 MLA10 池是抵抗某种真菌菌株所必需的。在这篇论文中，研究人员希望进一步研究这一点。他们的发现是，虽然细胞核中的 MLA10 对于抗病性很重要，但仅靠它不足以引起细胞死亡。为了使植物细胞成功死亡，MLA10 必须存在于细胞质中。不仅如此，细胞质中的 MLA10本身就足以引起细胞死亡。
为了更好地了解 MLA10 的工作原理，研究人员创建了各种 MLA10 片段的蛋白质，其中包含上图所示的结构域的不同组合。例如，他们创建了一个仅包含 CC 结构域（绿松石色框）或 CC-NB 结构域的蛋白质。然后，他们通过使用蓝色染色剂测试细胞死亡。他们发现的第一件事是 CC 结构域对于细胞死亡至关重要。使用任何不包含 CC 结构域的片段都会完全消除死亡反应。他们还相当有趣地发现，产生最强死亡反应的片段是 CC-NB 片段。这产生的死亡比 CC-NB-ARC 片段更强，这表明 ARC 可能具有负调节作用。
为了更仔细地观察 CC 片段的重要性，他们创建了 CC 部分发生突变的蛋白质。17 个突变体中的每一个都只有一个氨基酸发生了改变。除 1 个外，所有这些突变体都降低了蛋白质的细胞死亡能力，其中一些非常显着。下图取自论文，显示了叶片上不同突变体区域的细胞死亡活性染色情况。左上角野生型（标记为 CC）有一个强烈的蓝色斑点，底部还有一个突变体也显示出细胞死亡能力。
当他们观察不同片段突变体的位置时，发现 CC-NB 片段既存在于细胞核中，也存在于细胞质中，而不是不同的片段位于不同的位置。这有点令人惊讶，因为蛋白质的 LRR 部分是执行与 DNA 结合的部分。然而，迫使 CC-NB 片段仅停留在细胞核中会完全阻止死亡反应。迫使它停留在细胞质中会增加死亡反应。在全长野生型 MLA10 中也观察到了相同的结果。
为了与早期研究显示的 MLA10 在细胞核中的高定位相符（并解释 LRR 结构域如果漂浮在细胞质中在做什么），研究人员提出了一个综合模型。他们认为，细胞质中的 MLA10 是启动和放大死亡信号所必需的，而细胞核中的 MLA10 有助于触发进一步的抗病性。他们还暗示，观察“核定位”可能有点过于简单化，因为反应可能会因 MLA10 停留在细胞核中的确切位置而异。在核膜边缘可能允许 MLA10 的一部分偷偷地保持在细胞质中，而其余部分则在细胞核内。
这项研究构建了一个令人难以置信的复杂植物防御系统的图景，虽然它可能看起来不如人类免疫系统那么复杂，但它仍然依赖于有组织和结构化的细胞内行为。随着人类人口的不断扩张，寻找保护我们的作物物种免受疾病侵害的方法，并最大限度地提高我们从土地中获取的产量将变得越来越重要。
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致谢链接：T. Voekler
参考文献：Bai S, Liu J, Chang C, Zhang L, Maekawa T, et al. (2012) 大麦 NLR 免疫受体 MLA10 的结构-功能分析揭示其在细胞死亡和抗病性中的细胞区室特异性活性。《PLoS 病原体》8(6): e1002752。doi:10.1371/journal.ppat.1002752