当植物遭遇病原菌侵染时，NLR类型免疫受体通过直接或间接识别病原菌效应子，启动效应子触发的免疫反应（effector-triggered immunity，ETI）。ETI通常伴随着强烈而持续的胞内钙离子（Ca²⁺）信号激活，并进一步诱导程序性细胞死亡，即超敏反应（hypersensitive response，HR），限制病原菌扩散。19年以来，研究领域普遍认为NLR受体识别病原菌效应子后可组装形成抗病小体（resistosome），部分抗病小体定位于质膜并形成阳离子通道，促进细胞外Ca²⁺内流，从而启动免疫信号。然而，一个长期存在的重要问题是：仅依赖细胞外Ca²⁺内流，是否足以维持ETI过程中持续而强烈的Ca²⁺信号？

事实上，植物细胞内部还存在丰富的Ca²⁺库，包括液泡（0.2–5 mM）、内质网（0.05–0.5 mM），以及线粒体（c. 200 nM）和叶绿体（c. 150 nM），其内部Ca²⁺浓度均高于细胞质（c. 100 nM）^[1]。尽管已有研究提示这些细胞器可能参与植物免疫相关Ca²⁺信号的调控，但细胞器Ca²⁺释放与NLR抗病小体之间长期缺乏直接的机制证据。近期发表于《Science》的一项研究首次揭示，一类辅助型NLR（helper NLR）可以定位于细胞器膜，并直接调动细胞器Ca²⁺库，为理解ETI过程中Ca²⁺信号的来源和空间组织方式提供了新的视角^[2]。

近日，南京农业大学生命科学学院常明教授团队联合贵州大学张利博教授团队，在《Plant Communications》发表题为“Organelle-centered resistosome signaling in plant immunity”的评论文章^[3]。该评论围绕近期发表于《Science》的研究成果，从辅助型NLR的膜定位与结构特化、细胞器Ca²⁺信号及其与植物免疫的潜在联系等方面进行了系统梳理和讨论，并进一步提出了细胞器Ca²⁺信号参与NLR介导免疫反应的一系列值得关注的问题，为深入理解NLR抗病小体的空间组织及其功能多样性提供了新的视角。

图1. 细胞器定位抗病小体介导的Ca²⁺信号传导模型

NRG1将抗病小体信号延伸至细胞器：

《Science》论文发现，在本氏烟草中，TIR-NLR类型免疫受体Roq1识别黄单胞菌效应蛋白XopQ后，通过EDS1–SAG101信号模块激活辅助型NLR NRG1。激活后的NRG1在叶绿体包膜形成点状聚集，并介导叶绿体基质中的Ca²⁺向细胞质释放，从而建立了NLR抗病小体与细胞器Ca²⁺库之间的直接机制联系。

这一发现突破了抗病小体主要定位于质膜、依赖细胞外Ca²⁺内流的传统认识，提示抗病小体可能根据其结构特征定位于不同膜系统，并利用不同的Ca²⁺来源参与免疫信号传导。值得注意的是，NRG1除叶绿体外，还可定位于线粒体和内质网，但这些定位是否同样能够介导细胞器Ca²⁺释放，目前仍有待进一步研究。

结构特化赋予辅助型NLR差异化膜定位能力：

为什么NRG1能够定位于细胞器，而经典辅助型NLR却主要定位于质膜？研究发现，NRG1与经典CC-NLR辅助型蛋白NRC4在N端结构上存在显著差异。NRG1具有延长的N端α4螺旋结构，这一结构是其细胞器膜定位的重要决定因素。进一步的实验表明，将NRC4强制定位于叶绿体会破坏其HR活性，并不能有效降低叶绿体基质Ca²⁺；而定位于叶绿体的NRG1仍能维持HR活性并促进叶绿体Ca²⁺释放。这些结果表明，抗病小体的功能不仅取决于其是否定位于膜，更与其所处的特定膜环境密切相关。

更为重要的是，研究人员对跨越约3.6亿年陆地植物演化历程的5个NRG1-like CC_R-NLR进行了分析，发现这些蛋白均能够定位于叶绿体外膜，其中包括一个早于NRG1和ADR1分化的蕨类植物成员。尽管这些实验采用了异源表达体系，但其高度保守的叶绿体定位特征提示，细胞器定位可能是NRG1类辅助型NLR长期演化形成的一种古老机制，而并非本氏烟草中的物种特异性现象。

细胞器中心型抗病小体提出新的科学问题：

这一研究将抗病小体的功能从质膜拓展至细胞器，也带来了多个值得深入研究的问题。首先，NRG1如何跨越叶绿体双层膜实现Ca²⁺释放？其自身是否能够形成跨膜通道，还是需要与其他宿主蛋白协同？其次，叶绿体来源的Ca²⁺信号如何与活性氧（ROS）、水杨酸（SA）合成及细胞核转录重编程等免疫过程相互协调？此外，另一类重要的辅助型NLR，ADR1，是否也具有特定的细胞器定位及Ca²⁺调控功能？NRG1形成的叶绿体膜点状结构是否进一步组装为具有特定组织形式的高阶抗病小体复合物？病原菌是否已经进化出能够靶向这些细胞器抗病小体的新型免疫抑制机制？最后，叶绿体、线粒体、内质网和液泡等不同Ca²⁺库如何在时间和空间上协同，共同塑造ETI过程中复杂的Ca²⁺信号，仍有待进一步解析。

该研究拓展了对NLR抗病小体空间定位及Ca²⁺信号来源的认识，提示NLR介导的免疫信号可能具有比传统质膜模型更加复杂的空间组织特征。NRG1介导的叶绿体Ca²⁺释放也为进一步解析细胞器Ca²⁺信号与ETI之间的关系提供了新的研究方向，并为理解植物免疫信号的空间调控机制提出了新的科学问题。

南京农业大学生命科学学院博士研究生王琪、杨云生为共同第一作者，常明教授与贵州大学张利博教授为共同通讯作者。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346226003408 

参考文献：

[1] Wang Q, Cang X, Yan H, Zhang Z, Li W, He J, Zhang M, Lou L, Wang R, Chang M. Activating plant immunity: the hidden dance of intracellular Ca²⁺ stores. New Phytol. 2024 Jun;242(6):2430-2439. doi: 10.1111/nph.19717. Epub 2024 Apr 8. PMID: 38586981.

[2] Ibrahim T, King FJ, Toghani A, Wang L, Jenkins S, Yuen ELH, Wang HY, Vuolo C, Eilmann N, Adamkova V, Chia KS, Castel B, Jones JDG, Carella P, Wu CH, Kourelis J, Kamoun S, Bozkurt TO. A helper NLR channels organellar calcium to trigger plant immunity. Science. 2026 Apr 30;392(6797):499-505. doi: 10.1126/science.aeb6690. Epub 2026 Apr 30. PMID: 42060733.

[3] Wang Q, Yang Y, Zhang L, Chang M. Organelle-centered resistosome signaling in plant immunity. Plant Commun. 2026 Aug 10;7(8):102032. doi: 10.1016/j.xplc.2026.102032. Epub 2026 Jul 24. PMID: 42499189.

编辑：常明

校对：李娜

审核：陈熙