【中國科學報】科學家揭示植物免疫系統(tǒng)協(xié)同御敵新機制
文章來源：分子植物科學卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間：2021-03-11 | 【打印】 【關閉】
植物在生長發(fā)育過程中，會不時面臨著復雜惡劣的環(huán)境挑戰(zhàn)，其中包括來自于各種病原微生物（例如細菌、真菌和卵菌等）的攻擊。由病原微生物侵染導致的植物病害是自然生態(tài)系統(tǒng)和現代農業(yè)生產的一大危害，這給全球糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。
植物在與病原菌長期“博弈”的過程中，進化出了免疫系統(tǒng)。植物通過細胞膜表面的受體蛋白識別病原菌的一些分子，如鞭毛蛋白，從而激活第一層免疫系統(tǒng)（稱為PTI）來抵抗病原菌的入侵。作為對策，成功入侵的病原菌會通過向植物細胞內分泌一類毒性蛋白，從而反過來攻擊植物的免疫系統(tǒng)，以利于其侵染植物?！澳Ц咭怀叩栏咭徽伞保参飼ㄟ^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)第二層免疫系統(tǒng)（稱為ETI）激活更強烈的免疫反應來抵抗病原菌。
PTI和ETI這兩層免疫系統(tǒng)是由不同免疫受體識別不同的病原菌來源的分子，并且免疫受體激活的機制有很大不同。之前絕大多數植物免疫領域的研究都是將兩條免疫通路作為兩個獨立平行的免疫分支，來分別尋找兩個通路中的重要元件及其如何調控植物的防御反應。但PTI和ETI這兩層免疫系統(tǒng)之間的關系一直以來尚不清楚，這也成為了植物免疫領域尚待解決的重要科學問題之一。
3月11日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究團隊在《自然》上發(fā)表最新研究成果，解答了這一重要科學問題，揭示了植物兩大類免疫通路PTI和ETI并不是獨立發(fā)揮功能，而是存在相互放大的協(xié)同作用，從而保障植物在應對病原菌的入侵時能夠輸出持久且強烈的免疫響應，該研究為人們重新認識和理解植物免疫提供了重要理論依據。
研究人員發(fā)現在第一層免疫系統(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介導的植物抗病能力。這一現象表明植物的PTI免疫系統(tǒng)相對于ETI免疫系統(tǒng)不可或缺。經過進一步科研攻關，發(fā)現第一層免疫系統(tǒng)對激活第二層免疫系統(tǒng)輸出正常的免疫反應，尤其是在調控活性氧的產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，對植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。
該論文通訊作者辛秀芳告訴《中國科學報》，這項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現活性氧的大量產生，其中ETI免疫系統(tǒng)負責增強活性氧合成酶RBOHD蛋白的表達，而PTI免疫系統(tǒng)促進RBOHD蛋白完全激活，二者缺一不可。這一精巧的合作機制能夠保障植物在面臨病原菌的侵染時，快速準確地輸出足夠的免疫響應，同時在植物面臨不同微生物（如非致病或致病力弱的微生物）時，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。
有趣的是，這項研究還發(fā)現植物的ETI免疫系統(tǒng)可以通過增強PTI免疫系統(tǒng)中核心蛋白組分的表達，從而放大PTI免疫系統(tǒng)，誘導其更加持久的免疫輸出。因此，PTI和ETI兩大免疫系統(tǒng)相輔相成，為植物在應對病原菌入侵時激發(fā)強烈而持久的免疫反應提供了有力保障。
近年來，隨著全球氣候變化，農作物病害的暴發(fā)嚴重影響了全球糧食安全。專家表示，這項研究成果不僅揭開了植物不同免疫系統(tǒng)間的親密關系，建立了新的植物免疫系統(tǒng)架構模型，而且為后續(xù)通過整合植物雙層免疫系統(tǒng)來培育優(yōu)良持久抗病的農作物品種提供了新思路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03316-6
