中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員、2017年回國組建實(shí)驗(yàn)室的“85后”女科學(xué)家辛秀芳，帶領(lǐng)一支平均年齡才26歲的科研團(tuán)隊(duì)，在植物免疫學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。3月11日凌晨，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表該團(tuán)隊(duì)題為“NLR蛋白介導(dǎo)的植物免疫需要模式識(shí)別受體”的論文，解答了植物免疫領(lǐng)域的重要科學(xué)問題，為培育優(yōu)良持久抗病的農(nóng)作物提供了新思路。

　　植物生長發(fā)育過程中，會(huì)經(jīng)受細(xì)菌、真菌和卵菌等各種病原微生物的攻擊。由此導(dǎo)致的植物病害，是自然生態(tài)系統(tǒng)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一大危害，給全球糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。植物與病原菌長期“博弈”形成的免疫系統(tǒng)，能夠通過細(xì)胞膜表面的受體蛋白識(shí)別病原菌所攜帶的一些分子，如鞭毛蛋白，激活植物的第一層免疫系統(tǒng)（稱為PTI）來抵抗病原菌的入侵。病原菌則會(huì)通過向植物細(xì)胞內(nèi)分泌一類毒性蛋白來攻擊PTI系統(tǒng)。作為應(yīng)對(duì)，植物通過細(xì)胞內(nèi)的另外一類受體蛋白感知病原菌的一些毒性蛋白，從而觸發(fā)其第二層免疫系統(tǒng)（稱為ETI）激活更強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)來抵抗攻擊。

　　PTI和ETI這兩層免疫系統(tǒng)中，不同免疫受體識(shí)別不同的病原菌來源的分子，免疫受體激活的機(jī)制也有很大不同。以往科學(xué)家大多將兩條免疫通路作為兩個(gè)獨(dú)立平行的分支加以研究的，兩層免疫系統(tǒng)間的關(guān)系尚不清晰。辛秀芳研究團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，對(duì)這一重要科學(xué)問題做出解答，揭示了植物兩大類免疫通路PTI和ETI并不是獨(dú)立發(fā)揮功能，而是存在相互放大的協(xié)同作用，從而保障植物在應(yīng)對(duì)病原菌入侵時(shí)能夠輸出持久且強(qiáng)烈的免疫響應(yīng)，為人們重新認(rèn)識(shí)和理解植物免疫提供了重要理論依據(jù)。

　　團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在第一層免疫系統(tǒng)PTI缺失的植物中，也很大程度喪失了由第二層免疫系統(tǒng)ETI介導(dǎo)的植物抗病能力。這一現(xiàn)象表明植物的PTI免疫系統(tǒng)相對(duì)于ETI免疫系統(tǒng)不可或缺。深入研究發(fā)現(xiàn)，第一層免疫系統(tǒng)對(duì)激活第二層免疫系統(tǒng)輸出正常的免疫反應(yīng)，尤其是在調(diào)控活性氧的產(chǎn)生方面起有重要作用?；钚匝踝鳛槟軌蛑苯託⑺啦≡姆肿蛹胺糯笾参锲渌庖呤录男盘?hào)，對(duì)植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。該研究揭示了植物兩層免疫系統(tǒng)通過精密地分工合作來實(shí)現(xiàn)活性氧的大量產(chǎn)生，其中ETI免疫系統(tǒng)負(fù)責(zé)增強(qiáng)活性氧合成酶RBOHD蛋白的表達(dá)，而PTI免疫系統(tǒng)促進(jìn)RBOHD蛋白完全激活，二者缺一不可。這一精巧的合作機(jī)制保障植物在面臨病原菌的侵染時(shí)，能夠快速準(zhǔn)確地輸出足夠的免疫響應(yīng)，同時(shí)在植物面臨不同微生物（如非致病或致病力弱的微生物）時(shí)，避免過度的免疫輸出，從而確保植物平衡生長和環(huán)境脅迫的抗性反應(yīng)。

　　有趣的是，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)植物的ETI免疫系統(tǒng)可以通過增強(qiáng)PTI免疫系統(tǒng)中核心蛋白組分的表達(dá)，從而放大PTI免疫系統(tǒng)，誘導(dǎo)其更加持久地免疫輸出。因此，PTI和ETI兩大免疫系統(tǒng)相輔相成，為植物在應(yīng)對(duì)病原菌入侵時(shí)激發(fā)強(qiáng)烈而持久的免疫反應(yīng)提供了有力保障。

　　近年來，隨著全球氣候變化，農(nóng)作物病害的爆發(fā)嚴(yán)重影響了全球糧食安全。該項(xiàng)研究成果不僅揭開了植物不同免疫系統(tǒng)間的親密關(guān)系，建立了新的植物免疫系統(tǒng)架構(gòu)模型，而且為后續(xù)通過整合植物雙層免疫系統(tǒng)來培育優(yōu)良持久抗病的農(nóng)作物品種提供了新思路。

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