中科院遺傳發育所劉志勇團隊聯合湘湖實驗室、鄭州大學等單位在Cell發表重磅研究進展！

在自然界中，植物時刻面臨病原微生物的威脅。為抵御入侵，植物進化出一類名為核苷酸結合富亮氨酸重復受體（NLR）的免疫哨兵蛋白。這些蛋白如同精密的分子開關，能識別病原體效應子，激活下游防御反應，其中一類含有卷曲螺旋結構域的CC-NLR是關鍵成員。然而，盡管已有多種CC-NLR的抗病小體（resistosome）結構被解析，一個被稱為CCG10的亞家族卻始終籠罩在迷霧中。這類蛋白缺少在其他CC-NLR中高度保守的EDVID基序，其激活機制和功能實現方式一直是領域內未解之謎，限制了人們對植物免疫受體多樣性的全面理解。

2026年3月20日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉志勇研究員帶領的植物免疫團隊聯合英國塞恩斯伯里實驗室、中國科學院分子植物科學卓越創新中心、湘湖實驗室（農業浙江省實驗室）及鄭州大學等多家單位在Cell發表題為《An activated wheat CCG10-NLR immune receptor forms an octameric resistosome》的研究論文。該研究首次揭示了小麥CCG10-NLR蛋白WAI3在激活后組裝成獨特的八聚體抗病小體，為理解植物免疫受體的結構多樣性提供了全新視角。

研究起始于一個名為M3405的小麥突變體，該突變體表現出類似過敏反應的壞死斑和強化的抗白粉病能力。通過圖位克隆，研究人員鎖定致病基因為一個CCG10-NLR蛋白，并將其命名為WAI3。在突變體中，WAI3的富亮氨酸重復結構域（LRR）發生單個氨基酸替換（L619F），導致該蛋白被持續激活，成為自身免疫的“開關”。當在煙草中表達時，這個激活形式的WAI3能高效誘導細胞死亡，為后續研究提供了理想材料。

為探究其激活機制，研究團隊利用冷凍電鏡技術，成功解析了激活狀態WAI3的高分辨率三維結構。令人驚訝的是，WAI3并非像此前已知的ZAR1等CC-NLR那樣形成五聚體或六聚體，而是組裝成一個環狀八聚體，即八個WAI3分子首尾相連形成一個圓環。這是目前植物中發現的最大且最獨特的抗病小體結構。進一步研究表明，另一個來自擬南芥的CCG10-NLR成員RPS2，在激活后同樣能形成類似的八聚體結構，提示這種八聚體組裝可能是CCG10亞家族的一個保守特征。

結構分析揭示，WAI3八聚體抗病小體形成了一個中央孔道，并介導了植物細胞內持續的鈣離子內流，這是啟動免疫反應的關鍵信號。與之前報道的NRC4等抗病小體不同，WAI3的孔道具有更寬的半徑，且其鈣離子內流呈現獨特的雙相動態模式，暗示其可能采用不同的離子通道機制。功能實驗證實，破壞孔道相關區域或干擾鈣離子通道都會完全消除WAI3誘導的細胞死亡，證明了鈣離子內流對于其免疫功能至關重要。

尤為值得關注的是，WAI3的結構展現了一種前所未有的結構域排布方式。在已解析的其他CC-NLR中，CC結構域與LRR結構域緊密貼合，形成緊湊構象。但在WAI3中，CC結構域與LRR結構域分居兩端，中間由NB-ARC結構域連接，呈現出一種類似TIR-NLR抗病小體的伸展構象。這種獨特構象的根源在于WAI3缺乏此前認為介導CC-LRR相互作用的EDVID基序。通過結構模擬，研究團隊發現這種WAI3式的構象普遍存在于缺乏EDVID基序的CC-NLR中，這為理解大量EDVID缺失的CC-NLR的功能機制提供了一個普適性模型。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所為第一完成單位。遺傳發育所博士后郭廣昊、塞恩斯伯里實驗室博士后趙赫、鄭州大學助理研究員白凱紅、中國科學院分子植物科學卓越創新中心博士后陸儉和湘湖實驗室研究員吳秋紅為論文共同第一作者；劉志勇研究員、中國科學院分子植物科學卓越創新中心王超研究員、英國塞恩斯伯里實驗室的Jonathan Jones教授、博士后Muniyandi Selvaraj和Sophien Kamoun教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、BBSRC等項目的支持。

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