京都大學研究生院農學研究科的寺内良平教授和公益財團法人岩手生物工學研究中心的清水元樹主任研究員等組成的研究團隊，與東京農業大學、農研機構、塞恩斯伯裏實驗室（英國）、約翰英納斯中心（英國）共同宣佈，發現了一種通過識別稻熱病分泌的蛋白質並誘導水稻產生抗體的蛋白質「Pias」。在「Pias」中發現它的基本結構上攜帶了結構域「DUF761」。該結構域能像假餌料一樣吸引稻熱病菌蛋白質，誘導產生抗體。這一成果有望應用於開發廣譜抗病害作物品種。相關成果已發布在國際學術期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》的2022年6月30日號上。
圖1水稻抗性基因Pias吸引稻熱病菌AVR-Pias的機制（供圖：京都大學）
稻熱病被認為是世界10大作物病害之一，闡明對抗稻熱病的抗性機制有望為糧食的穩定生產做出較大貢獻。
此次研究團隊在研究水稻針對稻熱病菌產生新抗性基因的過程中，著重關注了不會感染稻熱病「2012-1菌株」的外國品種「Keiboba」上。針對不感染稻熱病的「Keiboba」和感染稻熱病菌（沒有抗性基因）的水稻品種「一見鐘情」，製作了兩者的雜交群，通過使用獨自開發的基因體解析技術「RaIDEN法」尋找了抗性基因。
研究結果發現了抗性基因，並將其命名為「Pias」。根據胺基酸序列推測，該抗性基因產生的蛋白質應該是由一對非常相似的蛋白質構成的NLR型免疫接受者蛋白。這種接受者蛋白質是由Pias-1和Pias-2構成的。這對蛋白質結合在一起，相互協調，發揮作用。
同時，研究團隊還成功地鑑定出了該蛋白識別出的稻熱病菌因子，並將其命名為AVR-Pias。
圖2水稻抗性蛋白質Pias上攜帶的結構域DUF761，發揮像假餌料一樣的作用，通過吸引稻熱病菌的蛋白AVR-Pias，誘發抗體的產生（供圖：京都大學）
另外研究團隊還從胺基酸序列發現，Pias-2的末端，除了基本結構之外，還攜帶了結構域「DUF761」，這種攜帶結構域中還結合了稻熱病菌AVR-Pias，Pias蛋白應該是通過在攜帶域中像假餌料一樣吸引稻熱病菌並加以識別，從而發揮了抗性。
研究團隊還以多系稻屬植物為材料，尋找了與Pias-2非常相似的基因，發現在與「DUF761」相同的位置上，存在著各種各樣的攜帶結構域。研究團隊還發現攜帶結構域可以像假餌料一樣發揮抗性的機制，廣泛存在於水稻系統中。一般認為，水稻在演化過程中吸收了將病原菌作為靶標的水稻蛋白的一部分，而成為攜帶結構域。此次的研究通過基因體分析，還發現攜帶結構域有結合與分離的痕跡。
寺内教授指出：「本次發現的由Pias-1和Pias-2組成的NLR型免疫接受者蛋白起到了感測器的作用（感測器NLR），並通過向另一個NLR蛋白（輔助NLR）傳達資訊而發揮抗性。這種模組狀系統人類很容易模仿，未來可通過人工設計攜帶域，有望研究出抗病範圍更廣的作物。今後，我們將對Pias-1和Pias-2構成的蛋白進行三維結構分析，以進一步明確該結合的機制」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Proceeding of National Academy of Science，USA（PNAS）
論文：A genetically linked pair of NLR immune receptors show contrasting patterns of evolution
DOI：pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2116896119
