當病毒或細菌準備攻擊植物時，植物是怎樣知道有威脅，并產(chǎn)生防御機制的？北京時間8月24日23:00，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學研究中心Rosa Lozano Duran 研究團隊在國際著名學術(shù)期刊《細胞》上發(fā)表論文，揭示了病原體（例如病毒和細菌）攻擊的“警報“信息在植物細胞內(nèi)的傳遞路徑。這一研究發(fā)現(xiàn)為設(shè)計植物保護策略、開發(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“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)，它們通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，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縷的聯(lián)系。但是，植物本身也要面對來自周圍的各種威脅，包括植物病原體（例如病毒和細菌）的攻擊，造成植物生病甚至死亡。

在長期進化過程中，植物形成了一系列復(fù)雜且巧妙的機制來感知病原體的威脅，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，科學家已經(jīng)知道，植物對危險信號的識別和響應(yīng)發(fā)生在植物細胞層面。植物細胞表面有一層細胞膜，其外側(cè)是潛在病原體接觸的重要場所。植物需要通過細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”。這些“警報”必須傳遞到細胞內(nèi)部，到達包括葉綠體在內(nèi)的不同細胞區(qū)室。葉綠體為植物特有的、進行光合作用的細胞器，同時也在調(diào)節(jié)植物對刺激響應(yīng)中起著核心作用。這些“警報”信號最終到達存儲遺傳物質(zhì)的細胞核，調(diào)節(jié)植物抗病基因表達。

但是，此前，這種“警報”信息如何在細胞內(nèi)傳遞尚不完全清楚。

重大發(fā)現(xiàn)，揭開“警報”信息傳遞途徑

8月24日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學研究中心Rosa Lozano Duran 研究團隊在國際著名學術(shù)期刊《細胞》上發(fā)表論文，揭開了“警報”信息傳遞路徑，這是一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑。為了揭開這個秘密，研究團隊在各自長期學術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進行了4年左右的專題攻關(guān)。

論文報道了一些植物蛋白如何與細胞膜相關(guān)聯(lián)，并在感知病原體存在時，如何從細胞膜轉(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“逆行信號傳遞”過程，將這些信息傳遞至細胞核，從而調(diào)節(jié)抗病基因表達，激活防御以對抗入侵者。該途徑是植物細胞將危險信號從外界傳遞到葉綠體的策略之一，并能快速、及時、準確地整合信號，產(chǎn)生適當?shù)南掠雾憫?yīng)。

有趣的是，這項研究還發(fā)現(xiàn)，病原體可以劫持這種在植物細胞內(nèi)部傳遞信息的途徑。一些來自植物病毒和病原細菌的蛋白質(zhì)可以巧妙地“模仿”上述植物蛋白質(zhì)的行為，與細胞膜結(jié)合，當植物細胞感受到攻擊時，也可以移動至葉綠體。一旦進入葉綠體內(nèi)部，這些病原體蛋白會損害葉綠體與細胞核之間的通訊，從而阻礙植物防御反應(yīng)的激活，幫助病原體生存和繁殖。這項研究發(fā)現(xiàn)，不同類別的病原體都會進化出相似的策略來利用這種植物途徑，達到抑制植物防御的目的，這也有力證明了這條連接細胞膜和葉綠體的信號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)計植物保護策略，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，這種新途徑的發(fā)現(xiàn)為設(shè)計植物保護策略、開發(fā)新的抗病品種提供了新思路。下一步，她和團隊將研究如何利用這個機制讓植物更健康。在糧食安全領(lǐng)域，可以減少真菌、細菌、病毒等多種植物病原體對農(nóng)作物造成的危害，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

Rosa是西班牙籍科學家。2015年，她來到上海，成立了自己的獨立研究組，實驗室設(shè)在中科院上海辰山植物科學研究中心。她所帶領(lǐng)的團隊主要研究植物病毒如何引起疾病，尤其關(guān)注研究病毒如何對細胞功能進行操縱。

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