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【人民日报】我科学家发现植物免疫系统协同御敌奥秘,为农作物抗病害提供新思路

文章来源:分子植物科学卓越创新中心  |  发布时间:2021-03-11  |  【打印】 【关闭

  

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员、2017年回国组建实验室的“85后”女科学家辛秀芳,带领一支平均年龄才26岁的科研团队,在植物免疫学领域取得重要进展。3月11日凌晨,国际顶尖学术期刊《自然》发表该团队题为“NLR蛋白介导的植物免疫需要模式识别受体”的论文,解答了植物免疫领域的重要科学问题,为培育优良持久抗病的农作物提供了新思路。

  植物生长发育过程中,会经受细菌、真菌和卵菌等各种病原微生物的攻击。由此导致的植物病害,是自然生态系统和现代农业生产的一大危害,给全球粮食安全带来了巨大挑战。植物与病原菌长期“博弈”形成的免疫系统,能够通过细胞膜表面的受体蛋白识别病原菌所携带的一些分子,如鞭毛蛋白,激活植物的第一层免疫系统(称为PTI)来抵抗病原菌的入侵。病原菌则会通过向植物细胞内分泌一类毒性蛋白来攻击PTI系统。作为应对,植物通过细胞内的另外一类受体蛋白感知病原菌的一些毒性蛋白,从而触发其第二层免疫系统(称为ETI)激活更强烈的免疫反应来抵抗攻击。

  PTI和ETI这两层免疫系统中,不同免疫受体识别不同的病原菌来源的分子,免疫受体激活的机制也有很大不同。以往科学家大多将两条免疫通路作为两个独立平行的分支加以研究的,两层免疫系统间的关系尚不清晰。辛秀芳研究团队的最新研究成果,对这一重要科学问题做出解答,揭示了植物两大类免疫通路PTI和ETI并不是独立发挥功能,而是存在相互放大的协同作用,从而保障植物在应对病原菌入侵时能够输出持久且强烈的免疫响应,为人们重新认识和理解植物免疫提供了重要理论依据。

  团队在实验中发现,在第一层免疫系统PTI缺失的植物中,也很大程度丧失了由第二层免疫系统ETI介导的植物抗病能力。这一现象表明植物的PTI免疫系统相对于ETI免疫系统不可或缺。深入研究发现,第一层免疫系统对激活第二层免疫系统输出正常的免疫反应,尤其是在调控活性氧的产生方面起有重要作用。活性氧作为能够直接杀死病原菌的分子及放大植物其它免疫事件的信号,对植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。该研究揭示了植物两层免疫系统通过精密地分工合作来实现活性氧的大量产生,其中ETI免疫系统负责增强活性氧合成酶RBOHD蛋白的表达,而PTI免疫系统促进RBOHD蛋白完全激活,二者缺一不可。这一精巧的合作机制保障植物在面临病原菌的侵染时,能够快速准确地输出足够的免疫响应,同时在植物面临不同微生物(如非致病或致病力弱的微生物)时,避免过度的免疫输出,从而确保植物平衡生长和环境胁迫的抗性反应。

  有趣的是,这项研究还发现植物的ETI免疫系统可以通过增强PTI免疫系统中核心蛋白组分的表达,从而放大PTI免疫系统,诱导其更加持久地免疫输出。因此,PTI和ETI两大免疫系统相辅相成,为植物在应对病原菌入侵时激发强烈而持久的免疫反应提供了有力保障。

  近年来,随着全球气候变化,农作物病害的爆发严重影响了全球粮食安全。该项研究成果不仅揭开了植物不同免疫系统间的亲密关系,建立了新的植物免疫系统架构模型,而且为后续通过整合植物双层免疫系统来培育优良持久抗病的农作物品种提供了新思路。

  文章链接:https://wap.peopleapp.com/article/6152440/6057700