小麦秆锈病（Wheat Stem Rust）是小麦的一种常见病害,由禾秆锈菌（Puccinia graminis f.sp.tritici）感染引起,流行范围广,传染能力强。1999年乌干达出现的小麦秆锈菌新种Ug99对目前商用小麦的特异性抗秆锈基因——核苷酸结合富亮氨酸重复受体（nucleotide-binding,leucine-rich repeat receptor,NLR）Sr31具有抗性,使全球小麦产业遭受重创。近年来,国际上有近百个小麦抗秆锈基因被筛选,其中来自单粒小麦（Triticum monococcum）的新型抗杆锈病蛋白Sr35可识别Ug99的效应蛋白AvrSr35,使小麦获得对Ug99及其变种的抗性,但其分子机制暂不清楚。本论文利用结构生物学和生物化学策略,以效应蛋白AvrSr35和小麦抗性蛋白Sr35为研究对象,研究效应蛋白AvrSr35与小麦抗性蛋白Sr35的相互作用机制,对深入理解Ug99的致病机理和小麦相关的免疫应答以及制定有效的小麦秆锈病菌的防治措施具有重要作用。首先,本论文通过体外GST-pull down、分子凝胶排阻色谱、分析高速离心以及微量热涌动法验证了AvrSr35和Sr35之间存在较强的相互作用,并测定其解离常数为7.8mM。随后,本论文通过X-ray晶体衍射法解析了AvrSr35的晶体结构,其晶体结构显示:AvrSr35空间结构简单,由两个单分子斜角对称形成二聚体构象,每个单分子由20条长短不一的α-螺旋构成。为探究AvrSr35的二聚化对结合Sr35的影响,本论文分别突变位于AvrSr35二聚化界面的氨基酸D350A和R381A获得其单体,并通过测量其与Sr35的解离常数,发现AvrSr35突变体与Sr35的结合能力与野生型类似,表明AvrSr35与Sr35的结合不依赖于其二聚化。为进一步确定AvrSr35结合Sr35的区域,本论文构建并分析多个AvrSr35蛋白截短体与Sr35的结合能力,结果表明171-558 aa片段是介导结合Sr35的核心片段,其中P480-I505 aa构成的loop除外。据文献报道,激活的NLRs会寡聚形成抗病小体发挥免疫功能。在ATP存在的条件下,Sr35经AvrSr35激活后可由ATP诱导形成Sr35抗病小体。通过冷冻电镜技术,本论文收集了一套3.4（?）的Sr35抗病小体结构数据,通过密度图分析得知,Sr35抗病小体由两个Sr35-AvrSr35复合物聚集而成的五聚体相向连接而成。通过对Sr35蛋白的氨基酸序列比对、同源建模及分子对接实验进一步表明,AvrSr35的结合引起Sr35 NOD结构域的重排,而ATP的插入会稳定NOD结构域的激活构象,进一步诱导Sr35的寡聚,最终形成抗病小体。综上,本论文从结构生物学的角度对小麦秆锈菌Ug99的效应蛋白AvrSr35激活小麦抗性蛋白Sr35的分子机制进行初探,提出了抗性蛋白直接识别病原体机制的分子模型。