像人类和动物一样，植物几百万年来进化出了复杂的免疫系统来抵抗入侵的病原体。但与许多动物不同，植物缺乏抗体赋予的适应性免疫。这意味着每个植物细胞都必须抵抗所有潜在的病原体——这是一项艰巨的任务。

隐藏在每一个植物细胞中的抗病基因编码的蛋白质复合物就像一支沉睡的军队，在检测到真菌或细菌等有害病原体时醒来并激活防御。这些基因编码了农业生物技术学家用来生产抗病作物的特征，植物生物学家正试图阐明它们如何工作的所有方面——其中大部分仍然笼罩在神秘之中。

在《科学》杂志上发表的一项新研究中，包括科罗拉多州立大学生物学助理教授Marc Nishimura在内的一组生物学家提供了植物免疫反应一个关键方面的新视角。他们的发现揭示了植物抗性蛋白如何导致局部细胞死亡，这可能导致下一代作物抗病新策略的设计。

该研究小组由北卡罗来纳大学教堂山分校的西村和杰夫丹格尔以及华盛顿大学医学院的杰弗里米尔布兰特领导。西村在科罗拉多州立大学生物化学和分子生物学系助理教授艾琳奥斯本西村的实验室里开始了他的研究工作。

西村和他的同事确定了一个鲜为人知的植物抗性蛋白结构域机制，称为“Toll-白细胞介素-1受体”或TIR结构域。研究小组表明，TIR结构域是一种在植物免疫反应过程中降解NAD分子的酶，对所有生物的代谢都至关重要。通过切断NAD，植物自己摧毁了被感染的细胞，而其他细胞则安然无恙。

科学家此前推测，植物的TIR结构域可能就像一个物理支架，构建一个附着在质膜上的结构，并招募其他蛋白质到这个区域启动免疫反应。这就是这些结构域在包括人类在内的动物细胞中的作用。

然而，2017年，西村在华盛顿大学医学院的合作者观察到了一个不同寻常的动物TIR结构域，这是在一种叫做SARM1的蛋白质中发现的，它不同于动物细胞中的其他TIR信号支架。相反，它起着酶的作用。西村和他的同事开始探索这个结构域是否具有类似的植物免疫功能。

西村和他的同事在《科学》杂志上的新工作表明，TIR结构域在植物免疫反应中的作用确实与SARM1中更不寻常的动物TIR结构域的功能有关。他们发现植物的TIR结构域本身是一种切割NAD的酶，而不是作为招募其他成分的结构支架。但是有一个重要的区别。虽然SARM1中的动物TIR结构域通过消耗NAD水平杀死细胞，但植物TIR结构域似乎切割NAD产生信号分子。

这种分子在动物细胞中没有发现，它在结构上与一种叫做环状ADP-核糖的经典信号分子相关。该团队试图了解他们看到的新产品如何影响细胞死亡和疾病抵抗力。

“25年来，我们不知道TIR结构域在植物中的作用，”西村说。“因此，这些结果对于推进我们对全内反射域实际上是如何引起免疫的理解非常有意义。”西村说，揭示植物免疫反应中的个体生化途径对于如何操纵植物系统来保护粮食作物非常重要，特别是在新的病原体出现和全球粮食供应变得脆弱的情况下。

“希望对免疫受体的真正机械理解将帮助我们转移现有的受体，同时保留它们的功能，并最终让我们合理地设计新的受体，以识别新出现的病原体，”他说。