植物在整個生命周期中都容易受到各種病原微生物的侵害。這些病原通過多種策略突破植物的基礎免疫防線，導致病害爆發，從而影響全球作物產量。雖然大量農藥的使用能夠在短期內控製病害蔓延，但其對生態環境造成的負麵影響以及對人類食品安全的潛在威脅不容忽視。因此，深入理解植物免疫機製，挖掘並利用抗病基因改良作物品種，是實現農業病害綠色防控、保障糧食安全生產的關鍵。
2024年11月8日，國際頂級學術期刊Science在線發表了複旦大學生命科學學院高明君團隊同中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華院士團隊、張餘團隊合作完成的題為“A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance”的研究論文。該研究揭示了一個植物免疫穩態精細調節的信號網絡，為作物的多病原菌抗性育種提供了新的基因資源和育種靶標。
實驗室前期研究鑒定到一個水稻鈣離子感受器ROD1，它通過激活過氧化氫酶CatB的酶活來促進活性氧（ROS）的降解，並且它的穩定性受到一對E3泛素連接酶RIP1和APIP6的精細調控。真菌效應因子AvrPiz-t在結構上模擬了ROD1，並激活了相同的ROS清除級聯反應來抑製宿主免疫並促進毒性（Gao et al., Cell, 2021）。rod1突變體對水稻三大病害稻瘟病、白葉枯病和紋枯病都具有極強的抗性，然而其自身免疫表型的下遊信號通路尚不清楚。
研究組通過遺傳學、生物化學、結構生物學和高分辨質譜等技術手段研究發現，ROD1通過監測由TIR-only蛋白OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1組成的免疫途徑的激活來維持免疫穩態。OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1的突變能夠恢複rod1突變體的自身免疫表型。體外蛋白純化分析表明，OsTIR催化產生二級信使pRib-AMP和pRib-ADP，從而觸發OsEDS1-OsPAD4-OsADR1（EPA）免疫複合物的形成。進一步研究發現，ROD1與OsTIR存在直接相互作用並且ROD1能夠抑製OsTIR的NADase酶活性。因此，研究揭示了一個五組分的免疫網絡，協調免疫穩態。Ca2+感受器ROD1通過抑製OsTIR酶活性，阻礙EPA複合體的激活。當病原菌入侵時，OsTIR被誘導激活，促進EPA複合體形成，從而增強防禦反應。ROD1功能缺失時，OsTIR活性被釋放，導致EPA複合物的激活並誘發自身免疫發生。
該工作揭示了植物免疫穩態的複雜調控網絡，為未來抗病作物的培育提供了重要的理論基礎。盡管在雙子葉植物中已知EDS1/PAD4/ADR1作用於TIR-NBS-LRR（TNL）類免疫受體的下遊，但在單子葉植物（如水稻、小麥和玉米）中，僅編碼TIR結構域的蛋白，而缺少TNL受體，因此TIR蛋白在單子葉植物中的作用是未知的。該研究首次報道了
含有TNL蛋白的禾本科植物中TIR-only蛋白的功能，為增強作物對多種病原菌抗性提供了潛在的新靶點和新的研究方向。
複旦大學生命科學學院高明君青年研究員同中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華院士、張餘研究員和鄧一文研究員為論文共同通訊作者，分子植物卓越中心博士研究生武越、徐煒瑩、雷子耀，高級工程師劉繼雲，上海科技大學博士研究生趙國燕以及複旦大學博士研究生李魁為共同第一作者，複旦大學碩士研究生葉子安參與了該研究。德國馬普植物育種研究所Jane E. Parker院士、西湖大學柴繼傑教授等參與指導了本項工作。本課題受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和上海市浦江人才計劃的資助。
ROD1-OsTIR-EPA免疫級聯模型