Nature揭示：植物如何在嚴(yán)寒酷暑、害蟲啃食下求生

來源：生物探索作者：人氣：-發(fā)表時間：2021-03-24 09:31:00【大中小】

大家有沒有思考過這個問題？人類和動物依賴自身的免疫系統(tǒng)維持機體穩(wěn)態(tài)和健康，那植物靠什么撐過嚴(yán)寒酷暑、風(fēng)吹日曬的呢？如何抵御害蟲的啃食、微生物的侵染呢？沒想到吧，答案是植物免疫系統(tǒng)。說實話，小編之前也是不知道的，那我們一起探索大自然的神奇吧！

自然生態(tài)系統(tǒng)中，植物免疫系統(tǒng)對于植物生存和莊稼的產(chǎn)量至關(guān)重要。研究表明，植物有兩級先天免疫系統(tǒng)，分別稱為模式觸發(fā)免疫（PTI）和效應(yīng)觸發(fā)免疫（ETI）。PTI是由微生物通過細胞表面定位的模式識別受體（PRR）觸發(fā)的，而ETI則是由病原效應(yīng)蛋白通過主要在細胞內(nèi)定位的受體激活的。PTI和ETI由不同的激活機制引發(fā)，并涉及不同的早期信號傳導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)。

3月10號，來自中國科學(xué)院植物生理與生態(tài)研究所的辛秀芳課題組研究人員在《nature》上發(fā)表了題為“Pattern-recognition receptors are required for NLR-mediated plant immunity”的研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)細菌感染誘發(fā)ETI的過程中，PTI也是不可或缺的，該研究首次將植物的兩個主要免疫信號聯(lián)系在一起，并闡明了PTI和ETI下游防御反應(yīng)的相似性的機制。

PRR是細胞表面受體樣激酶和蛋白（RLK和RLP），有細胞外配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，可感知各種微生物的保守分子模式。NLR主要是細胞內(nèi)蛋白，可檢測植物細胞內(nèi)部病原體衍生的效應(yīng)蛋白。由PRRs和NLRs信號可引起下游細胞相似的反應(yīng)，包括防御基因表達、活性氧(ROS)的產(chǎn)生和胼胝質(zhì)的沉積，但是發(fā)生這種情況的機制以及細胞表面和細胞內(nèi)的協(xié)同機制尚不清楚。

首先研究人員使用擬南芥作為研究對象，結(jié)果表明PRR及其共受體在ETI過程中發(fā)揮重要作用。在fls2 efr cerk1 (fec) 和bak1 bkk1 cerk1 (bbc)突變體（缺乏PRR及其共受體的主要成分）中，Pst DC3000（AvrRpt2）不能觸發(fā)有效的ETI響應(yīng)，表明PRR 及其共受體是誘發(fā)ETI所必需的。

研究人員發(fā)現(xiàn)使用一種源自細菌鞭毛蛋白的22個氨基酸的肽flg22處理擬南芥，可加速AvrRpt2觸發(fā)的超敏反應(yīng)，尤其是在處理早期（5-6 h）。更重要的是，單獨使用flg22可在35分鐘內(nèi)誘導(dǎo)快速且短暫的ROS產(chǎn)生，單獨使用地塞米松可誘導(dǎo)微弱且較緩慢的ROS釋放。但是，同時使用flg22和地塞米松可引發(fā)強烈的ROS產(chǎn)生，在治療后2-3小時達到峰值，可持續(xù)幾個小時，該過程需要PRR 及其共受體的參與，氧化酶同源物d（RBOHD）是連接PTI和ETI的關(guān)鍵分子。

AvrRpt2觸發(fā)的ROS由RBOHD介導(dǎo)，并依賴PRR及其共受體

最后，研究人員使用RNA測序分析了擬南芥中PTI途徑其他成分的表達模式。結(jié)果表明，與Col-0植物相比，bbc植物中，包括WRKY22，WRKY29和FRK1（flg22誘導(dǎo)的PTI途徑29的經(jīng)典marker基因）表達下調(diào)。并且，ETI信號可迅速誘導(dǎo)PTI途徑的關(guān)鍵基因（BAK1，BIK1和RBOOD）高表達。

我們都知道動物和人類細胞表面與細胞內(nèi)免疫受體之間存在協(xié)同相互作用，表明不同生命領(lǐng)域的免疫受體功能可能具有相似性。該研究首次研究了植物免疫領(lǐng)域中與PTI和ETI相關(guān)的細胞特征相似性。該研究極具創(chuàng)新性，且意義重大，提示我們可通過調(diào)控PTI和ETI改善農(nóng)作物等各種植物的抗性，實現(xiàn)其產(chǎn)量和質(zhì)量的提升。