【新民晚報(bào)】植物的兩道“防線”如何抵御攻擊？看上海科學(xué)家破解植物大戰(zhàn)病原菌！
文章來(lái)源：分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時(shí)間：2021-03-11 | 【打印】 【關(guān)閉】
和人類一樣，植物也有自己的免疫系統(tǒng)。面對(duì)病原菌的猛烈攻擊，兩道堅(jiān)固的“防線”挺身而出。可兩道“防線”是各人自掃門(mén)前“菌”還是“兄弟同心其利斷金”，此前，這個(gè)問(wèn)號(hào)科學(xué)家們一直沒(méi)有解開(kāi)。
就在今天（11日）凌晨，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心“85后”年輕研究員辛秀芳領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表最新研究成果，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)病原菌的入侵時(shí)能夠輸出持久且強(qiáng)烈的免疫響應(yīng)，該研究為人們重新認(rèn)識(shí)和理解植物免疫提供了重要理論依據(jù)。
植物大作戰(zhàn)
地球生態(tài)系統(tǒng)中，植物是不可或缺的一環(huán)。然而，復(fù)雜惡劣的環(huán)境時(shí)刻在考驗(yàn)植物，這其中，就包括來(lái)自于各種病原微生物（例如細(xì)菌、真菌和卵菌等）的攻擊。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，給全球糧食安全帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
在與病原菌長(zhǎng)期“鏖戰(zhàn)”中，植物進(jìn)化出了免疫系統(tǒng)。第一道“防線”P(pán)TI，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。不過(guò)，病原菌可沒(méi)那么容易繳械投降。成功侵入的病原菌得要守住“陣地”——它們的戰(zhàn)術(shù)是，向植物細(xì)胞內(nèi)分泌一類毒性蛋白，從而反過(guò)來(lái)攻擊植物的免疫系統(tǒng)，以利于其侵染植物。
這場(chǎng)激烈的“保衛(wèi)戰(zhàn)”中，植物表現(xiàn)出“魔高一尺道高一丈”的韌性。它們會(huì)通過(guò)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)植物的第二道“防線”ETI以激活更強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)來(lái)抵抗病原菌的攻擊。
兩道防線有聯(lián)系
PTI和ETI這兩道“防線”里，不同免疫受體識(shí)別不同的病原菌來(lái)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)的植物免疫領(lǐng)域的研究者都認(rèn)為，兩條防線各司其職、獨(dú)立作戰(zhàn)，并分別尋找兩道防線中的“武器”是如何“防御”的。
然而，實(shí)驗(yàn)中的偶然發(fā)現(xiàn)引起了辛秀芳研究團(tuán)隊(duì)的注意。科研人員注意到，第一道“防線”缺失的植物里，第二道“防線”抵抗能力同樣大打折扣。“這表明植物的PTI免疫系統(tǒng)對(duì)于ETI免疫系統(tǒng)不可或缺?！毙列惴冀忉?。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，兩道“防線”協(xié)同調(diào)控“對(duì)菌反擊戰(zhàn)”，尤其是在調(diào)控活性氧的產(chǎn)生方面起有重要作用。辛秀芳介紹，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(duì)植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。
“這項(xiàng)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)負(fù)責(zé)將RBOHD蛋白完全激活，二者缺一不可?！毙列惴颊f(shuō)。中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心副主任龔繼明指出，RBOHD這一類受兩個(gè)免疫系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控的基因有可能成為分子育種的新靶點(diǎn)。
兩道“防線”默契地配合能保證在受到病原菌“進(jìn)攻”時(shí)，快速準(zhǔn)確地輸出足夠的“防守力量”；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(guò)度的免疫輸出，從而確保植物平衡生長(zhǎng)和環(huán)境脅迫的抗性反應(yīng)。有意思的是，研究還發(fā)現(xiàn)，第二道“防線”ETI還能通過(guò)增強(qiáng)第一道防線PTI中核心蛋白組分的表達(dá)，從而讓第一道防線更穩(wěn)固呢！
高產(chǎn)的年輕研究組長(zhǎng)
要知道，隨著全球氣候變暖，農(nóng)作物病害的爆發(fā)嚴(yán)重影響了全球糧食安全。過(guò)去幾年，由植物病害導(dǎo)致的糧食作物減產(chǎn)達(dá)近10%-30%。這項(xiàng)研究成果不僅揭開(kāi)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(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。
辛秀芳2017年留學(xué)歸國(guó)后，就加入了中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，成為研究所里最年輕的PI（課題組長(zhǎng)）。三年多時(shí)間里，她主導(dǎo)或參與的兩項(xiàng)成果登上國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。上一次是在去年四月，辛秀芳參與發(fā)現(xiàn)了一個(gè)植物的遺傳網(wǎng)絡(luò)可以控制植物葉際微生物群落的穩(wěn)態(tài)。
值得一提的是，辛秀芳也是中國(guó)科學(xué)院-約翰·英納斯中心植物和微生物科學(xué)聯(lián)合研究中心的研究員。這種創(chuàng)新機(jī)制能廣納天下英才，為原始創(chuàng)新提速，也能廣泛溝通，促進(jìn)良性合作?！芭c我們論文‘背靠背’發(fā)表的是英國(guó)塞恩思伯里實(shí)驗(yàn)中心的成果，他們的結(jié)論和我們互補(bǔ)。原先雙方可能是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，誰(shuí)先發(fā)表論文對(duì)另一方影響很大。通過(guò)聯(lián)合研究中心，雙方及時(shí)溝通，才有了這次‘背靠背’發(fā)表論文的雙贏?！毙列惴颊f(shuō)。
“種子”在今年兩會(huì)上成為熱詞。在中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心副主任龔繼明看來(lái)，植物“抗病”的基礎(chǔ)研究，同樣在為種子服務(wù)。
