植物具有通過封閉毛孔來保護自身免受病原體侵害的獨特能力，但直到現在，還沒有人知道它們是如何做到的。科學家們知道，大量鈣進入孔周圍的細胞中會觸發它們關閉，但是鈣如何進入細胞尚不清楚。
一支由國際科學家團隊進行的一項新研究表明，一種叫做OSCA1.3的蛋白質形成了一條通道，將鈣洩漏到植物毛孔周圍的細胞中，他們確定了一種已知的免疫系統蛋白質會觸發該過程。
這些發現是朝著理解植物用於抵抗感染的防禦機制邁出的重要一步，這種防禦機制最終可能導致更健康、更具抗性和更高產的農作物。該研究結果論文發表在今天的《自然》雜誌上。
馬裡蘭大學細胞生物學和分子遺傳學教授、該研究論文的合著者、何塞·費約（José Feijó）說。 「這是一項重大進步，因為世界上農業生產的大部分食物都被病原體所損失，並且我們現在知道植物對病原體免疫反應的第一個也是最相關的信號之一背後的分子機制是感染」，「找到與此鈣通道相關的機制可以進一步研究其調節，這將增進我們對通道活性調節方式的理解，並最終增強植物對病原體的免疫反應。」
植物的毛孔（稱為氣孔）被兩個保衛細胞包圍，它們對鈣信號作出反應，從而使細胞膨脹或收縮並觸發先天的免疫信號，從而啟動植物的防禦反應。由於鈣不能直接通過保衛細胞膜，科學家知道鈣通道必須起作用。但是他們不知道哪種蛋白質充當鈣通道。
為了找到這種蛋白質，研究的主要作者、蘇黎世大學分子和細胞植物生理學教授、西裡爾·齊普菲（Cyril Zipfel），尋找了可以被另一種名為BIK1的蛋白質修飾的蛋白質，哪些遺傳研究和生物測定方法將其確定為植物免疫鈣反應的必要組成部分。
當暴露於BIK1時，一種稱為OSCA1.3的蛋白質以非常特殊的方式轉化，表明它可能是植物的鈣通道。OSCA1.3是廣泛的蛋白質家族的成員，該蛋白質已知以離子通道的形式存在於包括人類在內的許多生物中，並且似乎在檢測到病原體後就被特異性激活。
為了確定OSCA1.3是否確實是他們所尋找的鈣通道，齊普菲的團隊聯繫了費約，他以鑑定和表徵植物中新的離子通道和信號傳導機制而聞名。費約實驗室進行了實驗，揭示BIK1觸發OSCA1.3打開進入細胞的鈣通道，並解釋了其發生機理。
BIK1僅在植物感染病原體時才激活，這表明OSCA1.3打開了鈣通道以關閉氣孔，作為對病原體的防禦性免疫系統反應。
費約說：「這是一個具有不同專業知識的實驗室之間的協作努力，從而如何得出重要結論的完美例子，而這些結論對於單獨工作是很難的。」 「非常需要這些基礎知識來向生態和農業提供有關生物群落對地球正在經歷的氣候變化反應的信息。」
費約現在將把關於OSCA1.3鈣通道的新知識納入他實驗室的其它研究領域，該實驗室正在努力了解所有活生物體如何通過進化選出礦物質鈣，從而作為鈣的信號傳導裝置，有關從感染到氣候變化的壓力源的信息。
研究人員表示：「對OSCA1.3的識別現在填補了這些重要空白之一。在植物免疫的背景下，這項工作特別適合於2020年作為聯合國國際植物健康年。」
參考："The calcium-permeable channel OSCA1.3 regulates plant stomatal immunity," Nature (2020). dx.doi.org/10.1038/s41586-020-2702-1