植物是地球上幾乎所有生命的基礎(chǔ)，植物和人類一樣，也會(huì)面臨周圍環(huán)境的各種威脅，同樣經(jīng)歷“生老病死”。為了保護(hù)自己，植物建立了一系列復(fù)雜和巧妙機(jī)制來感知、防御外界植物病原體（病毒、細(xì)菌等）“侵犯”，科學(xué)家的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)揭示了植物在這個(gè)機(jī)制中用來傳遞“敵情”的“要道”。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心西班牙籍研究員羅莎 ·洛薩諾-杜蘭（Rosa Lozano-Duran）研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一條連接細(xì)胞膜和葉綠體的重要信號(hào)傳遞途徑，該途徑在植物感受到病原體威脅后能激活植物的抗病反應(yīng)。相關(guān)成果北京時(shí)間2020年8月24日在線發(fā)表于《細(xì)胞》。

植物抗病防御有“道”

羅莎介紹，植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中建立的這個(gè)對(duì)抗病原體的機(jī)制，不僅需要對(duì)威脅進(jìn)行識(shí)別，更需要在空間上傳遞識(shí)別到的信號(hào)并協(xié)調(diào)各種響應(yīng)。

對(duì)信號(hào)的識(shí)別和響應(yīng)發(fā)生在植物細(xì)胞層面。植物細(xì)胞表面有一層細(xì)胞膜，將細(xì)胞內(nèi)部與外部環(huán)境相隔離，細(xì)胞膜外側(cè)是潛在病原體接觸的重要場(chǎng)所。因而，植物需要通過細(xì)胞膜感知特定的分子，以了解潛在“攻擊者”的存在，并發(fā)出“警報(bào)”。

那么，“警報(bào)”信息如何在細(xì)胞內(nèi)傳遞的呢？ “在這個(gè)過程中，葉綠體作為植物特有的、進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器，在調(diào)節(jié)植物對(duì)刺激響應(yīng)中起著核心作用?！绷_莎形象地描述了這個(gè)過程：一些植物蛋白先與細(xì)胞膜相關(guān)聯(lián)，并在感知病原體存在時(shí)，從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部，“警告”葉綠體有威脅存在。緊接著，葉綠體通過“逆行信號(hào)傳遞”過程，將這些信息傳遞至細(xì)胞核，從而調(diào)節(jié)抗病基因表達(dá)，激活防御以對(duì)抗入侵者。

專家認(rèn)為，這個(gè)途徑是植物細(xì)胞將“危險(xiǎn)信號(hào)”從外界傳遞到葉綠體的策略之一，并能快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地整合信號(hào)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南掠雾憫?yīng)。

病原體借“道”作惡

植物病原體及其宿主長(zhǎng)期處于類似于“軍備競(jìng)賽”的共同進(jìn)化中。有趣的是，研究還發(fā)現(xiàn)，“狡猾”的病原體居然會(huì)“劫持”這種在植物細(xì)胞內(nèi)部傳遞信息的途徑。一些來自植物病毒和病原細(xì)菌的蛋白質(zhì)會(huì)“喬裝打扮”、“模仿”上述植物蛋白質(zhì)的行為，“瞞天過?！?。它們能與細(xì)胞膜結(jié)合，當(dāng)植物細(xì)胞感受到攻擊時(shí)，也可以移動(dòng)至葉綠體。一旦進(jìn)入葉綠體內(nèi)部，這些病原體蛋白會(huì)損害葉綠體與細(xì)胞核之間的通訊，從而阻礙植物防御反應(yīng)的激活，幫助病原體的生存和繁殖。

研究結(jié)果顯示，不同類別的病原體進(jìn)化出相似的策略來利用這種植物途徑，達(dá)到抑制植物防御的目的，有力證明了這條連接細(xì)胞膜和葉綠體的信號(hào)傳遞途徑在植物與微生物相互作用中起著核心作用。

未來之道

真菌、細(xì)菌、病毒等多種植物病原體在全球范圍內(nèi)對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)造成了巨大損失，嚴(yán)重威脅世界糧食安全。

羅莎帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)主要研究方向是植物病毒如何引起疾病，尤其關(guān)注研究病毒如何對(duì)細(xì)胞功能進(jìn)行操縱。她說：“這項(xiàng)工作做了近5年，下一步，我們會(huì)深入研究如何‘抗干擾’阻斷病原體‘劫持要道’，在沒有病原體存在的情況下，如何實(shí)現(xiàn)植物對(duì)病原體的防御能力而不影響正常生長(zhǎng)?！?/p>

“希望這種新途徑的發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)的植物保護(hù)策略和開發(fā)新的抗病品種提供新思路。”

相關(guān)論文信息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30885-0