當(dāng)病毒或細(xì)菌準(zhǔn)備攻擊植物時(shí)，植物是怎樣知道有威脅，并產(chǎn)生防御機(jī)制的？北京時(shí)間8月24日23:00，中國(guó)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Rosa Lozano Duran 研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表論文，揭示了病原體（例如病毒和細(xì)菌）攻擊的“警報(bào)“信息在植物細(xì)胞內(nèi)的傳遞路徑。這一研究發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)植物保護(hù)策略、開(kāi)發(fā)新的抗病品種提供了新思路，在提高植物健康水平，提高農(nóng)作物產(chǎn)量等方面都有積極意義。

此前，植物受到攻擊的“警報(bào)“信息如何傳遞并不完全清楚

植物是地球上幾乎所有生命的基礎(chǔ)，它們通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并產(chǎn)生人類賴以生存的氧氣。植物與人類的衣食住行也有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。但是，植物本身也要面對(duì)來(lái)自周圍的各種威脅，包括植物病原體（例如病毒和細(xì)菌）的攻擊，造成植物生病甚至死亡。

在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，植物形成了一系列復(fù)雜且巧妙的機(jī)制來(lái)感知病原體的威脅，并產(chǎn)生相應(yīng)的防御反應(yīng)，從而阻止或消除病原體的入侵。

此前，科學(xué)家已經(jīng)知道，植物對(duì)危險(xiǎn)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，其外側(cè)是潛在病原體接觸的重要場(chǎng)所。植物需要通過(guò)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)”。這些“警報(bào)”必須傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，到達(dá)包括葉綠體在內(nèi)的不同細(xì)胞區(qū)室。葉綠體為植物特有的、進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器，同時(shí)也在調(diào)節(jié)植物對(duì)刺激響應(yīng)中起著核心作用。這些“警報(bào)”信號(hào)最終到達(dá)存儲(chǔ)遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核，調(diào)節(jié)植物抗病基因表達(dá)。

但是，此前，這種“警報(bào)”信息如何在細(xì)胞內(nèi)傳遞尚不完全清楚。

重大發(fā)現(xiàn)，揭開(kāi)“警報(bào)”信息傳遞途徑

8月24日，中國(guó)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Rosa Lozano Duran 研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上發(fā)表論文，揭開(kāi)了“警報(bào)”信息傳遞路徑，這是一條連接細(xì)胞膜和葉綠體的重要信號(hào)傳遞途徑。為了揭開(kāi)這個(gè)秘密，研究團(tuán)隊(duì)在各自長(zhǎng)期學(xué)術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了4年左右的專題攻關(guān)。

論文報(bào)道了一些植物蛋白如何與細(xì)胞膜相關(guān)聯(lián)，并在感知病原體存在時(shí)，如何從細(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(guò)“逆行信號(hào)傳遞”過(guò)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。該途徑是植物細(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)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南掠雾憫?yīng)。

有趣的是，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，病原體可以劫持這種在植物細(xì)胞內(nèi)部傳遞信息的途徑。一些來(lái)自植物病毒和病原細(xì)菌的蛋白質(zhì)可以巧妙地“模仿”上述植物蛋白質(zhì)的行為，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，幫助病原體生存和繁殖。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，不同類別的病原體都會(huì)進(jìn)化出相似的策略來(lái)利用這種植物途徑，達(dá)到抑制植物防御的目的，這也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。

將有助設(shè)計(jì)植物保護(hù)策略，提高農(nóng)作物產(chǎn)量

這一重大發(fā)現(xiàn)的意義在哪里？

Rosa說(shuō)，這種新途徑的發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)植物保護(hù)策略、開(kāi)發(fā)新的抗病品種提供了新思路。下一步，她和團(tuán)隊(duì)將研究如何利用這個(gè)機(jī)制讓植物更健康。在糧食安全領(lǐng)域，可以減少真菌、細(xì)菌、病毒等多種植物病原體對(duì)農(nóng)作物造成的危害，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

Rosa是西班牙籍科學(xué)家。2015年，她來(lái)到上海，成立了自己的獨(dú)立研究組，實(shí)驗(yàn)室設(shè)在中科院上海辰山植物科學(xué)研究中心。她所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)主要研究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。

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