小麦DCC1-DCCR1植物细胞因子-受体激酶对激活基础免疫的分子机制研究

本研究揭示了小麦中新型植物细胞因子DCC1通过特异性识别受体激酶DCCR1激活基础免疫的分子机制。研究人员发现10肽DCC1在纳摩尔浓度即可诱导MAPK级联激活，并通过CRISPR/Cas9基因编辑证实DCCR1是介导DCC1触发免疫的关键受体。该研究为利用植物细胞因子(PCKs)提高作物广谱抗病性提供了新靶点。

　　

植物在面对病原体入侵时，进化出了精密的免疫识别系统。其中，细胞表面定位的模式识别受体(PRRs)能够识别病原体相关分子模式(PAMPs)、损伤相关分子模式(DAMPs)和植物细胞因子(PCKs)来激活免疫反应。植物细胞因子作为一类内源性免疫调节肽，在病原体侵染时过量产生并释放到质外体，通过激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联、胞质钙离子内流、活性氧(ROS)爆发等信号通路，构建精确调控的免疫网络。虽然在水稻和拟南芥中已有多个PCKs被鉴定，但小麦中PCKs的功能研究仍属空白。

为解析小麦免疫调控机制，山东潍坊北京大学现代农业研究院侯树国团队在《Plant Communications》发表了重要研究成果。研究人员采用生物信息学筛选结合质谱分析技术，从六倍体小麦中鉴定出一个具有C端双半胱氨酸特征的新型肽类家族pDCCs。通过体外合成肽段、转基因小麦构建、CRISPR/Cas9基因编辑、等温滴定量热(ITC)等技术手段，系统阐明了DCC1-DCCR1信号模块的分子机制。

研究结果：

1. 1.

   DCC1的鉴定与功能分析

   通过质谱从小麦质外体液中鉴定出10肽DCC1，该肽段对应pDCC1蛋白C端10个氨基酸。体外实验显示，10 nM DCC1即可诱导MAPK磷酸化，且具有显著的热稳定性。关键的是，DCC1中双半胱氨酸对其免疫激活功能不可或缺，突变体DCC1^CCSS完全丧失活性。

2. 2.

   DCC1介导的抗病功能

   外源施用DCC1显著增强小麦对Xanthomonas translucens pv. undulosa(Xtu)的抗性。转基因过表达pDCC1小麦也表现出更强的病原抗性，而dcc1/dcc2双突变体表型正常，暗示家族成员功能冗余。

3. 3.

   DCC1的加工机制

   通过设计荧光淬灭报告肽段，发现小麦质外体中的丝氨酸蛋白酶参与DCC1前体的加工。比较不同长度肽段活性，证实10肽DCC1是最佳活性形式。

4. 4.

   DCCR1的鉴定与验证

   从XI亚家族LRR-RK中筛选鉴定出DCC1受体DCCR1。CRISPR编辑的dccr1突变体丧失DCC1响应性，但对flg22保持敏感，证实DCCR1的特异性功能。

5. 5.

   DCC1-DCCR1互作机制

   TAMRA标记实验显示DCC1特异性结合DCCR1表达细胞的质膜。ITC测定DCCR1^LRR与DCC1结合解离常数K_d=16 μM。激酶失活突变体DCCR1^K729E丧失传递信号能力。

该研究首次揭示了小麦中植物细胞因子DCC1通过受体激酶DCCR1激活免疫的分子机制，为理解禾本科作物免疫调控提供了新视角。特别值得注意的是，DCC1在纳摩尔浓度即表现出强效免疫激活能力，且对作物生长无不良影响，展现出作为新型生物农药的开发潜力。研究还发现小麦DCC1能增强水稻对Xanthomonas oryzae的抗性，暗示这类肽激素在禾本科作物中具有保守的免疫调控功能。这些发现为利用植物内源免疫肽设计广谱抗病作物提供了重要理论依据。