水稻是世界上近一半人口的主食来源，其稳定生产对保障全球粮食安全有重要意义。由真菌 Magnaporthe oryzae 引起的稻瘟病是水稻最严重的病害，属于农作物十大真菌病害之首。稻瘟病经常在我国和世界各稻区流行，可引起水稻大幅度减产，严重时减产40%-50%，甚至颗粒无收，已成为水稻生产过程中主要的制约因素，也是全球粮食安全的重大隐患。目前的研究表明，抗病受体NLR (Nucleotide-binding domain and leucine-rich repeat) 类蛋白在植物免疫调控中扮演着重要角色，因此在分子抗病育种中得到广泛使用。但是，NLRs所介导的免疫激活和抗病信号转导机制还不清楚。

2024年12月9日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士研究组联合云南大学刘军钟研究组合作在Science Bulletin上在线发表题为“A PRA-Rab trafficking machinery modulates NLR immune receptor plasma membrane microdomain anchoring and blast resistance in rice”的研究论文，揭示了PIBP4-Rab5a转运机器参与调控NLR蛋白PigmR在细胞膜微区的积累，且PigmR蛋白能够激活微区上的OsRac1蛋白，促进活性氧的产生，以增强水稻对稻瘟病的抗性的新机制。

何祖华研究组前期从起源于我国农家品种的育种材料中鉴定了一个广谱持久抗稻瘟病新位点Pigm，解析了Pigm调控抗病性与产量平衡机制的基础（Science, 2017），揭示了该位点中广谱抗病NLR受体蛋白PigmR与RRM转录因子相互作用以激活下游免疫反应的机制（Molecular Cell, 2019），并剖析了PigmR通过保护免疫代谢通路免受病原菌攻击，协同整合植物PTI和ETI，进而赋予水稻广谱抗病性的新机制（Nature, 2021）。为了进一步解析PigmR的下游信号转导机制，该研究通过酵母双杂交技术筛选发现异戊烯基化Rab GTPase受体（Prenylated Rab Acceptor, PRA）家族成员PIBP4（PigmR Interacting and Blast resistance Protein 4）能够与PigmR蛋白相互作用。敲除PIBP4会减弱PigmR介导的稻瘟病抗性。该研究进一步鉴定出了与PIBP4相互作用的小G蛋白OsRab5a。OsRab5a也可以和PigmR相互作用，且敲除OsRab5a同样减弱了PigmR介导的稻瘟病抗性。PIBP4和OsRab5a是囊泡转运途径相关蛋白。该研究发现在稻瘟病菌侵染的水稻中，PIBP4和OsRab5a中的任何一个蛋白的缺失均会降低PigmR蛋白在细胞膜微区（Microdomain）的累积。微区定位的PigmR能够与小GTP酶OsRac1相互作用并激活OsRac1，从而触发活性氧信号传导，介导植物的免疫反应以抵御稻瘟病侵染。该研究发现了一条新的NLR免疫信号通路，为植物抗病信号网络构建及水稻抗病分子育种提供了新的视角和靶点。这是该实验室在广谱抗病NLR受体PigmR的研究上继Science（2017），Molecular Cell（2019），Nature（2022）发表文章以后，又一个重要的进展。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后梁迪、已毕业博士生杨冬勇、云南大学生命科学中心博士研究生李泰和朱喆为该论文的共同第一作者，何祖华院士和刘军钟研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了农业生物育种国家重大科技专项、中国科学院先导项目、国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、博士后创新人才支持计划、云南省兴滇英才支持计划、云南省科技厅研究项目等的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.007

图：PIBP4-OsRab5a转运机器调控PigmR介导的植物免疫模型。

PIBP4能够与PigmR和激活形式的Rab GTP酶OsRab5a相互作用，从而将一部分 PigmR蛋白装载到靶向细胞质膜微区的运输囊泡上。微区定位的PigmR能够与小GTP酶OsRac1相互作用并激活OsRac1，从而触发活性氧信号传导，介导植物的免疫反应以抵御稻瘟病侵染。