在植物對抗病原微生物的戰(zhàn)爭中，不僅有駐扎在細(xì)胞膜“邊境”的第一層免疫系統(tǒng)“邊防軍”PTI，還有位于細(xì)胞內(nèi)的第二層免疫系統(tǒng)“中央軍”ETI。過去的很多研究都認(rèn)為兩支部隊是獨立作戰(zhàn)，但中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心辛秀芳研究團隊的一項最新研究顯示，它們會相互協(xié)同、密切配合，殲滅來犯之?dāng)场＿@一發(fā)現(xiàn)為人們重新認(rèn)識和理解植物免疫提供了重要理論依據(jù)，相關(guān)論文于3月11日在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

對抗病原菌，植物有兩支“部隊”

面對來自外界的病原微生物，諸如細(xì)菌、真菌、卵菌等的攻擊，植物也會有自己的免疫防御體系。

“邊防軍”PTI的源頭位于植物細(xì)胞膜表面。當(dāng)膜上的受體蛋白“接觸”到入侵的外敵——病原菌所攜帶的一些特殊分子，如細(xì)菌的鞭毛蛋白，PTI就會進入戰(zhàn)時狀態(tài)，通過點燃一道道烽火，御敵于國境線外。

然而有時候，敵人過于強大。一些屢屢犯境的病原菌已經(jīng)做好了應(yīng)對PTI的準(zhǔn)備，通過向植物細(xì)胞內(nèi)分泌毒性蛋白，來壓制PTI的作用。植物也絕不會束手就擒，當(dāng)病原菌深入細(xì)胞腹地之時，某些毒性蛋白會被“中央軍”ETI識別，從而開始全面御敵。

從表面看，PTI與ETI屬于不同的體系，不僅識別病原菌的免疫受體不同，而且免疫受體激活的機制也有很大不同。難怪之前的絕大多數(shù)植物免疫領(lǐng)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(diào)控植物的防御反應(yīng)。但情況果真如此嗎？

珠聯(lián)璧合，控制免疫反應(yīng)恰如其分

辛秀芳研究團隊利用PTI缺失的植物進行實驗時，發(fā)現(xiàn)這些植物的ETI免疫作用也跟著失靈了。這給了研究團隊靈感：PTI與ETI難道有著密不可分的關(guān)系？兩者又是如何相互作用的？

通過深入研究，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一些有趣的規(guī)律：一方面，ETI的激活和發(fā)揮作用離不開PTI，尤其是在植物對抗病原菌的“超級武器”—— 活性氧的產(chǎn)生方面起到了至關(guān)重要的作用。活性氧不僅可以直接殺傷病原菌，還會放大植物其他免疫事件的信號。在這一過程中，ETI負(fù)責(zé)增強活性氧合成酶RBOHD蛋白的表達(dá)，而PTI則促進RBOHD蛋白完全激活，兩者珠聯(lián)璧合，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(zhǔn)確地輸出足夠的免疫響應(yīng)；同時當(dāng)植物面臨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(yīng)。

另一方面，ETI可以通過增強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攜手為植物在應(yīng)對病原菌入侵時激發(fā)強烈而持久的免疫反應(yīng)提供了有力保障。

為培育更強抗病農(nóng)作物帶來新思路

隨著全球變暖，各種病原微生物侵染導(dǎo)致的植物病害正在越來越成為自然生態(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了巨大挑戰(zhàn)。

除了直接使用針對病原菌的農(nóng)藥之外，科學(xué)家們一直在利用植物的免疫系統(tǒng)，包括通過分子育種來培育一些具有抗病性的農(nóng)作物，或是在種子外包裹一層抗原來刺激抗病性。然而，這些方法帶來的抗病性廣譜性不夠強或者不能持久。

重新認(rèn)識PTI與ETI關(guān)系，將幫助科學(xué)家們建立新的植物免疫系統(tǒng)架構(gòu)模型，也為后續(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)作物品種提供新思路。辛秀芳說：“目前很多抗病農(nóng)作物的培育，大多關(guān)注到ETI路徑。如果能夠綜合考量PTI與ETI路徑，就能培育出抗性更強且更加廣譜的農(nóng)作物?！?/p>

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