作为植物特异性免疫系统的受体，NLR（Nucleotide-binding domain and Leucine-rich Repeat）蛋白具有识别病原生物的重要作用。NLR通过直接或者间接的方式识别病原菌分泌的效应因子（effector），激活植物的第二层免疫系统，抵御病原菌的侵染。现在的研究结果显示，虽然要应对成千上万种病原生物，植物NLR蛋白的结构却大同小异。颇有种“敌军围困万千重，我自岿然不动”的豪情与霸气。今天，我们就一起看一下面对病原菌“千军万马”的围追堵截，NLR到底是如何以“不变”应万变的。

和我们写论文的“三段论”相似，经典的NLR结构也包括三个部分：一个可变N端结构域，一个中间的NB-ARC（Nucleotide-Binding adaptor shared by Apaf1, certain R genes and CED4）结构域，以及一个C端的LRR（leucine-rich-repeat）结构域。

NLR蛋白的结构组成和分类【13】NLR的N端结构域虽然可变，但根据它们的蛋白序列和已知蛋白的相似性，一般也只被分为两类：TIR（Toll-interleukin-1 receptor）和CC（coiled-coil）。根据N端结构域的不同，NLR被分为两大类：N端为TIR结构域的被称为TNL，N端为CC结构域的被称为CNL【1】。有意思的是，双子叶和单子叶植物基因组中都编码CNL，而单子叶植物中却没有TNL【2】。至于这其中又蕴藏着怎样的奥秘，我们会专门介绍。一些研究表明，将NLR的N端结构域删除，便不能诱发植物免疫；而单独表达一些NLR的N端结构域，就足以引起HR反应。因此，人们认为NLR的N端结构域具有激发以及向下游传递免疫信号的作用【3】。另外，TIR和CC结构域都可发生寡聚化，被认为在NLR的激活过程中发挥重要作用。事实上，当识别effector后，整个NLR蛋白都可发生寡聚化，比如拟南芥中的RPP1【4】，以及烟草的N蛋白【5】。N端的TIR和CC结构域可能在NLR的寡聚化及激活过程中发挥重要作用。NB-ARC是一个比较大的结构域，又可被分为3个亚结构域：NB，ARC1和ARC2。NB意为核苷酸结合（Nucleotide Binding），ARC是由于该结构域出现在Apaf-1，R蛋白， 和 CED-4中而得名。NB-ARC结构域具有结合核苷酸（ATP/ADP），交换或水解核苷酸的活性。NB-ARC蛋白组成了STAND超家族（signal transduction ATPases with numerous domains）下的一个亚家族，该家族成员一般行使分子开关的功能，参与到免疫系统、细胞凋亡以及转录调控等多种生命过程【6】。NB-ARC结构域和不同的核苷酸（ADP/ATP）结合会使NLR蛋白处于不同的状态。一般认为，和ADP结合的NLR蛋白处于关闭或失活状态，而和ATP的结合会促进NLR蛋白的构象发生改变，转变成开放或激活状态。NLR激活后会向下游传递信号，启动植物的免疫系统。而NLR对effector的识别（直接或间接）会促进NB-ARC释放ADP结合ATP。这就是NLR在植物免疫过程中的“分子开关”模型【7】。NB-ARC结构域和不同核苷酸结合的特性是这种“分子开关”模型的结构基础。另外，还有一些研究表明，NB-ARC结构域还具有另外的信号转导功能。例如，将马铃薯NLR蛋白Rx的NB结构域单独在烟草叶片中瞬时表达，就足以引起HR反应，说明Rx的NB结构域具有激活下游免疫信号的功能【8】。

NLR蛋白的“分子开关”模型【14】LRR是由于该结构域中具有多个串联的富含亮氨酸的重复序列而得名。LRR结构域通过分子内或分子间互作，调节NLR的活性。一些研究表明，LRR结构域对NLR的活性起负调控的作用。将拟南芥NLR蛋白RPS2，RPS5以及RPP1A的LRR结构域删除会激活免疫反应。类似地，将马铃薯的R蛋白Rx中的LRR截去会增强HR反应。进一步研究发现，Rx的LRR可能通过和NB-ARC互作，抑制Rx的活性【9】。但是，另外一些研究却表明，LRR还可以正调节NLR的活性。马铃薯Rx的自激活突变会导致在没有病原菌的情况下出现HR反应，而将其LRR删除后HR反应被抑制【10】。另外，Rx对马铃薯病毒X外壳蛋白的响应依赖于其LRR【11】。在拟南芥中，R蛋白RPS5 LRR结构域中一个氨基酸的变异就可引起该蛋白的功能缺失。这些结果都表明，LRR是NLR激活免疫反应所必需的。除此之外，许多研究还表明，LRR结构域还会影响NLR蛋白对病原菌识别的特异性【12】。因此，在NLR调节植物免疫的过程中，LRR结构域具有多种作用。NLR蛋白的“三段式结构”看似千篇一律，但它们之间却能完美配合，形成一个精妙的“分子开关”， 使植物能够识别病原生物的侵染，并做出合适的免疫反应。NLR的 “分子开关”模型构成了植物特异性免疫系统的基础。但是，面对成千上万种病原生物的侵染，NLR也并不是一成不变。其实，NLR也有“孙悟空七十二变”般的本领，以应对千变万化的病原菌。正所谓“什么魔法狠毒，自有招数神奇。八十一难拦路，七十二变制敌”。