2021年3月11日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表最新研究成果，揭開了植物不同免疫系統(tǒng)之間的親密關(guān)系，同時(shí)建立了新的植物免疫系統(tǒng)架構(gòu)模型，為后續(xù)通過(guò)整合植物雙層免疫系統(tǒng)來(lái)培育優(yōu)良持久抗病的農(nóng)作物品種提供了新思路。

植物在與病原菌長(zhǎng)期“博弈”的過(guò)程中，進(jìn)化出了兩層先天免疫系統(tǒng)來(lái)抵抗病原菌的入侵。植物能夠通過(guò)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，從而激活第一層免疫系統(tǒng)（稱為PTI）。病原菌為對(duì)抗植物的免疫反應(yīng)，會(huì)向植物體內(nèi)分泌毒性蛋白來(lái)抑制植物的防御反應(yīng)，從而促進(jìn)病原菌入侵。相應(yīng)地，植物會(huì)通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的另外一類受體蛋白感知病原菌分泌的特定毒性蛋白，從而觸發(fā)植物的第二層免疫系統(tǒng)（稱為ETI）以激活更強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)來(lái)抵抗病原菌的攻擊。

之前大多數(shù)研究者都是將PTI和ETI這兩層免疫通路作為兩個(gè)平行的免疫分支來(lái)研究，但這兩層免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系一直以來(lái)尚不清楚，這也成為植物免疫領(lǐng)域尚待解決的重要科學(xué)問(wèn)題之一。辛秀芳研究團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，PTI通路缺失的植物中ETI抗性也是有缺陷的。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步科研攻關(guān)，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。活性氧作為能夠直接殺死病原菌的分子及放大植物其它免疫事件的信號(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(guò)精密地分工合作來(lái)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。此外，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)植物的ETI免疫系統(tǒng)可以通過(guò)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)其更加持久的免疫輸出。

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。該研究為人們重新認(rèn)識(shí)和理解植物免疫提供了重要的理論依據(jù)。

各種病原微生物侵染導(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，也給全球糧食安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。辛秀芳研究團(tuán)隊(duì)的這一發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑在植物抗病領(lǐng)域有著重要的意義。

辛秀芳研究組博士研究生袁民航為該論文第一作者，辛秀芳研究員為通訊作者。研究組博士研究生江澤宇、蔡博瑩、博士后王易平和河南大學(xué)聯(lián)培研究生劉夢(mèng)匯為共同作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周儉民研究員及其實(shí)驗(yàn)室畢國(guó)志博士和美國(guó)杜克大學(xué)Sheng Yang He教授及其實(shí)驗(yàn)室Kinya Nomura博士的大力支持與幫助。此課題得到分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、植物分子遺傳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目等的資助。

85后年輕博士辛秀芳于2017年加入中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心以及中國(guó)科學(xué)院-約翰·英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)合研究中心，任研究組長(zhǎng)和博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹参锊≡⑸锏闹虏C(jī)制、植物的免疫系統(tǒng)以及植物葉際微生物組等。2020年獲中國(guó)植物生理與植物分子生物學(xué)學(xué)會(huì)頒發(fā)的衛(wèi)志明青年創(chuàng)新獎(jiǎng)。

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