在自然生態(tài)系統(tǒng)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，各種病原微生物侵染導(dǎo)致的植物病害給全球糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。近年來，隨著人們對化學(xué)藥劑危害的認(rèn)識(shí)愈發(fā)深刻，科學(xué)家們逐漸將研究重點(diǎn)聚焦于動(dòng)植物本身的生物特性，以求尋找到更加環(huán)保、高效的植物病害防治手段。

3月11日，中國科學(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)在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表最新研究成果，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。

據(jù)介紹，植物在與病原菌長期“博弈”的過程中，進(jìn)化出了免疫系統(tǒng)。為了抵抗病原菌的入侵，植物細(xì)胞內(nèi)以及細(xì)胞外的受體蛋白會(huì)識(shí)別不同的病原菌來源分子，從而觸發(fā)植物的兩層免疫系統(tǒng)，PTI和ETI。而這兩層免疫系統(tǒng)中，不同免疫受體識(shí)別不同的病原菌來源的分子，而且免疫受體激活的機(jī)制有很大不同。之前絕大多數(shù)植物免疫領(lǐng)域的研究都是將兩條免疫通路作為兩個(gè)獨(dú)立平行的免疫分支，來分別尋找兩個(gè)通路中的重要元件及其如何調(diào)控植物的防御反應(yīng)，但這兩層免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系一直以來尚不清楚。

那么，PTI和ETI這兩層免疫系統(tǒng)之間究竟有何關(guān)系？沿著這一思路，這支平均年齡不超過26歲的青年研究團(tuán)隊(duì)潛心研究三年多，終于解答了這一重要科學(xué)問題。他們發(fā)現(xiàn)，植物兩大類免疫系統(tǒng)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)對病原菌的入侵時(shí)能夠輸出持久且強(qiáng)烈的免疫響應(yīng)。

研究發(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?！斑@一現(xiàn)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?！毙列惴颊f。

經(jīng)過進(jìn)一步科研攻關(guān)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)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(yīng)，尤其是在調(diào)控活性氧的產(chǎn)生方面起有重要作用。據(jù)介紹，活性氧作為能夠直接殺死病原菌的分子及放大植物其他免疫事件的信號(hào)，對植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。而該研究恰巧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。

辛秀芳告訴記者，這一精巧的合作機(jī)制能夠保障植物在面臨病原菌的侵染時(shí)，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)。

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(yīng)對病原菌入侵時(shí)激發(fā)強(qiáng)烈而持久的免疫反應(yīng)提供了有力保障。

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