【光明日報】中國科學(xué)家在植物抗病領(lǐng)域研究取得重要進展
文章來源:分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間:2021-03-11 | 【打印】 【關(guān)閉】
2021年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隊在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表最新研究成果,揭開了植物不同免疫系統(tǒng)之間的親密關(guān)系,同時建立了新的植物免疫系統(tǒng)架構(gòu)模型,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。
植物在與病原菌長期“博弈”的過程中,進化出了兩層先天免疫系統(tǒng)來抵抗病原菌的入侵。植物能夠通過細(xì)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,從而激活第一層免疫系統(tǒng)(稱為PTI)。病原菌為對抗植物的免疫反應(yīng),會向植物體內(nèi)分泌毒性蛋白來抑制植物的防御反應(yīng),從而促進病原菌入侵。相應(yīng)地,植物會通過細(xì)胞內(nèi)的另外一類受體蛋白感知病原菌分泌的特定毒性蛋白,從而觸發(fā)植物的第二層免疫系統(tǒng)(稱為ETI)以激活更強烈的免疫反應(yīng)來抵抗病原菌的攻擊。
之前大多數(shù)研究者都是將PTI和ETI這兩層免疫通路作為兩個平行的免疫分支來研究,但這兩層免疫系統(tǒng)之間的關(guān)系一直以來尚不清楚,這也成為植物免疫領(lǐng)域尚待解決的重要科學(xué)問題之一。辛秀芳研究團隊在研究中發(fā)現(xiàn),PTI通路缺失的植物中ETI抗性也是有缺陷的。經(jīng)過進一步科研攻關(guān),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?;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(tǒng)通過精密地分工合作來實現(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。此外,這項研究還發(fā)現(xiàn)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(dǎo)其更加持久的免疫輸出。
PTI和ETI兩大免疫系統(tǒng)相輔相成,為植物在應(yīng)對病原菌入侵時激發(fā)強烈而持久的免疫反應(yīng)提供了有力保障。該研究為人們重新認(rèn)識和理解植物免疫提供了重要的理論依據(jù)。
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,也給全球糧食安全帶來了巨大挑戰(zhàn)。辛秀芳研究團隊的這一發(fā)現(xiàn),無疑在植物抗病領(lǐng)域有著重要的意義。
辛秀芳研究組博士研究生袁民航為該論文第一作者,辛秀芳研究員為通訊作者。研究組博士研究生江澤宇、蔡博瑩、博士后王易平和河南大學(xué)聯(lián)培研究生劉夢匯為共同作者。該研究得到了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周儉民研究員及其實驗室畢國志博士和美國杜克大學(xué)Sheng Yang He教授及其實驗室Kinya Nomura博士的大力支持與幫助。此課題得到分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、植物分子遺傳國家重點實驗室和中國科學(xué)院項目等的資助。
85后年輕博士辛秀芳于2017年加入中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心以及中國科學(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,任研究組長和博士生導(dǎo)師,研究方向為植物病原微生物的致病機制、植物的免疫系統(tǒng)以及植物葉際微生物組等。2020年獲中國植物生理與植物分子生物學(xué)學(xué)會頒發(fā)的衛(wèi)志明青年創(chuàng)新獎。
文章鏈接:https://wap.gmdaily.cn/article/8f4df39cee2349ab83e3a711cc6b6196
