植物如何發「警報」?科學家在植物抗病信號途徑方面獲重大發現

2020-09-05 科技日報

王筱驕 科技日報記者 王春

在長期進化過程中，植物已形成一系列複雜且巧妙的機制來感知來自病原體的威脅，並產生相應的防禦反應，從而阻止或消除病原體的入侵。記者從中國科學院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心獲悉，該中心西班牙籍Rosa Lozano Duran研究團隊8月24日在國際著名學術期刊《細胞》上發表了一項研究，揭示了一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑。

RosaLozano Duran研究員在溫室認真觀察植物。採訪對象供圖

據介紹，植物細胞表面的細胞膜將細胞內部與外部環境相隔離，而細胞膜外側是潛在病原體接觸的場所。植物自身形成的抗病機制原理在於，植物首先通過細胞膜感知特定分子了解病原體的存在，並發出「警報」，這些「警報」再傳遞到細胞內部，到達包括葉綠體在內的不同細胞區室，「警告」葉綠體有威脅存在，緊接著，葉綠體通過「逆行信號傳遞」過程將這些信息傳遞至細胞核，從而調節植物抗病基因表達，激活防禦，對抗入侵者。

在此基礎上，該研究團隊還發現，植物病原體及其宿主長期處於類似「軍備競賽」的共同進化中，病原體可以劫持這種在植物細胞內部傳遞信息的途徑。一些來自植物病毒和病原細菌的蛋白質可以巧妙地「模仿」上述植物蛋白質的行為，與細胞膜結合併進入葉綠體內部後，這些病原體蛋白會損害葉綠體與細胞核之間的通訊，從而阻礙植物防禦反應的激活，幫助病原體的生存和繁殖。

目前，不同病原體進化出了相似的策略來利用這種途徑，有力證明了這條連接細胞膜和葉綠體的信號傳遞途徑在植物與微生物相互作用中起著核心作用。

病毒和細菌的效應蛋白挾持植物中一條細胞膜到葉綠體的抗病信號途徑以抑制植物免疫。採訪對象供圖

該研究團隊還表示，在沒有病原體存在的情況下，可以增加植物對病原體的防禦能力而不影響其生產力，從而可能達到改善植物健康和不影響植物生長的雙重目的。基於此，該團隊後續還將繼續探索「信息」在細胞內傳遞的過程。

如今在全球範圍內，真菌、細菌、病毒等多種植物病原體對農作物生產造成了巨大損失，嚴重威脅世界糧食安全，這種新途徑的發現為設計的植物保護策略和開發新的抗病品種提供了新的思路。

編輯：劉義陽

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