原標(biāo)題：植物對抗病害的機(jī)制找到了

來源：科技日報

SCREW像一把鑰匙，植物細(xì)胞膜上被稱為NUT的受體蛋白像一把鎖，“鑰匙”打開“鎖”后，便開啟了氣孔這扇“門”，從而加速了植物體內(nèi)水的散失。通過這種讓病原菌“沒水喝”的方式，限制其在植物體內(nèi)的增殖和進(jìn)一步侵染。

植物和人類一樣，可感知環(huán)境變化并做出應(yīng)激反應(yīng)，但是當(dāng)面對病害時，植物是如何“察覺到”并做出反應(yīng)保護(hù)自己的？其反應(yīng)機(jī)制到底是什么？

近日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了中美法日四國科研團(tuán)隊合作研究的成果，揭示了植物對抗病害的一種新的應(yīng)答機(jī)理。該期刊認(rèn)為，上述重要發(fā)現(xiàn)突破了人們以往對植物與環(huán)境之間相互影響關(guān)系的認(rèn)知，對于促進(jìn)生態(tài)良性循環(huán)和保障糧食安全具有重要意義。

植物靠加速水分流失抑制病原菌增殖

該研究的主導(dǎo)者之一、山東建筑大學(xué)副教授侯書國告訴科技日報記者：“作為地球食物供給和生態(tài)環(huán)境維護(hù)的重要因素，植物能夠感知環(huán)境變化并做出應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)自身免受惡劣環(huán)境影響。因此，研究植物響應(yīng)環(huán)境變化的機(jī)制非常重要。”

以往研究發(fā)現(xiàn)，植物葉片表面的氣孔是其與環(huán)境交流的重要途徑。植物的氣孔一般白天開啟晚上關(guān)閉，它們通過氣孔吸收空氣中的二氧化碳并釋放氧氣和水蒸氣。病菌也可以在氣孔開啟時通過氣孔侵入植物體內(nèi)，并在植物體內(nèi)創(chuàng)造一種富含水的、賴以生存的微環(huán)境。但困擾科學(xué)家們的是，他們始終沒有搞清楚植物如何啟動針對病原菌的抗性機(jī)制。

聯(lián)合團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)存在一種前所未知的植物細(xì)胞因子——抗病和失水調(diào)控小植物細(xì)胞因子（SCREW），它們在植物免疫中發(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)控作用。

據(jù)侯書國介紹，聯(lián)合團(tuán)隊經(jīng)過長期努力，通過分析SCREW序列結(jié)構(gòu)、活性以及在植物體內(nèi)的變化，了解了SCREW如何在植物細(xì)胞生理、生化反應(yīng)中進(jìn)行調(diào)控后，詳細(xì)闡述了其調(diào)控植物抗病的機(jī)制。

他說：“SCREW像一把鑰匙，植物細(xì)胞膜上被稱為NUT的受體蛋白像一把鎖，‘鑰匙’打開‘鎖’后，便開啟了氣孔這扇‘門’，從而加速了植物體內(nèi)水的散失。通過這種讓病原菌‘沒水喝’的方式，限制病原菌在植物體內(nèi)的增殖和進(jìn)一步侵染。”

植物細(xì)胞因子與受體蛋白攜手“抗敵”

為了全面揭示SCREW如何調(diào)控植物的抗性機(jī)制，科研人員分析了NUT與SCREW識別后觸發(fā)的免疫反應(yīng)和該免疫通路下游信號因子。

他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，NUT為植物細(xì)胞膜定位的受體激酶家族蛋白，是通過其胞外富含的亮氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域來識別SCREW的。當(dāng)NUT識別SCREW后，可以與另一個被稱為BAK1的受體激酶發(fā)生聚合，從而被激活。該機(jī)制可激活胞內(nèi)鈣離子釋放、活性氧爆發(fā)、抗病相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄等免疫反應(yīng)。此外，研究人員還通過遺傳學(xué)手段證實了SCREW和NUT對植物抵御細(xì)菌、真菌和蚜蟲起到了至關(guān)重要的作用。

同時，聯(lián)合團(tuán)隊的科研人員還創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)，NUT與SCREW可通過改變植物應(yīng)激激素脫落酸信號途徑來調(diào)控氣孔開放。脫落酸是一種植物響應(yīng)干旱、高鹽等非生物脅迫的核心信號分子。脫落酸能夠通過誘導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)被稱為ABI的磷酸酶降解，增強下游蛋白激酶（OST1）磷酸化，從而通過調(diào)控細(xì)胞膜上的離子通道打開，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。并且在病菌侵染早期階段，植物也是通過OST1識別微生物相關(guān)分子模式，實現(xiàn)flg22（一種多肽）誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。該研究揭示，SCREW與NUT能夠通過誘導(dǎo)ABI的磷酸化，抑制OST1磷酸化和離子通道打開，從而抑制flg22和脫落酸誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。

此外，科研人員還發(fā)現(xiàn)，SCREW與NUT廣泛存在于各種陸地植物中，這凸顯了它們在調(diào)控植物響應(yīng)環(huán)境脅迫中的重要地位。研究人員推測，SCREW與NUT的重要地位不僅僅局限于植物抗病性，同時還對植物調(diào)控光合和呼吸效率、蒸騰速率等發(fā)揮著重要作用。這些作用對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境治理都具有重要意義。

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