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  • 【人民日報】我科學家發現植物免疫系統協同御敵奧秘,為農作物抗病害提供新思路

    文章來源:分子植物科學卓越創新中心  |  發布時間:2021-03-11  |  【打印】 【關閉

      

      中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員、2017年回國組建實驗室的“85后”女科學家辛秀芳,帶領一支平均年齡才26歲的科研團隊,在植物免疫學領域取得重要進展。3月11日凌晨,國際頂尖學術期刊《自然》發表該團隊題為“NLR蛋白介導的植物免疫需要模式識別受體”的論文,解答了植物免疫領域的重要科學問題,為培育優良持久抗病的農作物提供了新思路。

      植物生長發育過程中,會經受細菌、真菌和卵菌等各種病原微生物的攻擊。由此導致的植物病害,是自然生態系統和現代農業生產的一大危害,給全球糧食安全帶來了巨大挑戰。植物與病原菌長期“博弈”形成的免疫系統,能夠通過細胞膜表面的受體蛋白識別病原菌所攜帶的一些分子,如鞭毛蛋白,激活植物的第一層免疫系統(稱為PTI)來抵抗病原菌的入侵。病原菌則會通過向植物細胞內分泌一類毒性蛋白來攻擊PTI系統。作為應對,植物通過細胞內的另外一類受體蛋白感知病原菌的一些毒性蛋白,從而觸發其第二層免疫系統(稱為ETI)激活更強烈的免疫反應來抵抗攻擊。

      PTI和ETI這兩層免疫系統中,不同免疫受體識別不同的病原菌來源的分子,免疫受體激活的機制也有很大不同。以往科學家大多將兩條免疫通路作為兩個獨立平行的分支加以研究的,兩層免疫系統間的關系尚不清晰。辛秀芳研究團隊的最新研究成果,對這一重要科學問題做出解答,揭示了植物兩大類免疫通路PTI和ETI并不是獨立發揮功能,而是存在相互放大的協同作用,從而保障植物在應對病原菌入侵時能夠輸出持久且強烈的免疫響應,為人們重新認識和理解植物免疫提供了重要理論依據。

      團隊在實驗中發現,在第一層免疫系統PTI缺失的植物中,也很大程度喪失了由第二層免疫系統ETI介導的植物抗病能力。這一現象表明植物的PTI免疫系統相對于ETI免疫系統不可或缺。深入研究發現,第一層免疫系統對激活第二層免疫系統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?;钚匝踝鳛槟軌蛑苯託⑺啦≡姆肿蛹胺糯笾参锲渌庖呤录男盘?,對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免疫系統負責增強活性氧合成酶RBOHD蛋白的表達,而PTI免疫系統促進RBOHD蛋白完全激活,二者缺一不可。這一精巧的合作機制保障植物在面臨病原菌的侵染時,能夠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境脅迫的抗性反應。

      有趣的是,這項研究還發現植物的ETI免疫系統可以通過增強PTI免疫系統中核心蛋白組分的表達,從而放大PTI免疫系統,誘導其更加持久地免疫輸出。因此,PTI和ETI兩大免疫系統相輔相成,為植物在應對病原菌入侵時激發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,農作物病害的爆發嚴重影響了全球糧食安全。該項研究成果不僅揭開了植物不同免疫系統間的親密關系,建立了新的植物免疫系統架構模型,而且為后續通過整合植物雙層免疫系統來培育優良持久抗病的農作物品種提供了新思路。

      文章鏈接:https://wap.peopleapp.com/article/6152440/6057700

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