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探寻植物抗病之路: 我国细胞膜信息传递研究获重大发现
时间:2020年09月29日    来源:经济日报      作者:沈则瑾     编辑:qyskx

病毒和细菌的效应蛋白挟持植物中一条细胞膜到叶绿体的抗病信号途径,以抑制植物免疫。 (资料图片)

植物是人类赖以生存的基础。它们通过光合作用将太阳能转化为化学能,产生我们必需的氧气。然而,植物也会面对各种威胁,并受到病毒和细菌等植物病原体攻击,导致生病甚至死亡。数据显示,每年植物病原体对全球农作物生产造成了巨大损失,严重威胁世界粮食安全。

在长期进化中,植物已形成了一系列复杂巧妙的机制,以感知威胁,产生相应防御反应,从而阻止或消除病原体入侵。这个过程不仅包含简单识别,更要在空间上传递识别信号,并协调各种响应。

其中,对信号的识别和响应发生在植物细胞层面。在植物细胞表面,有一层细胞膜可将细胞内外部环境隔离。因而,植物需要通过细胞膜感知特定分子,以了解外部潜在攻击者的存在,并发出“警报”,将其传递到细胞内部不同区室,最终到达存储遗传物质的细胞核,调节植物抗病基因表达。叶绿体作为植物特有光合作用的细胞器,同时也在调节植物对刺激响应中起着核心作用,这对于植物生存至关重要。

长期以来,对于这种“警报”信息如何在细胞内传递,成为科学家在植物领域探索的焦点。日前,我国传来好消息,中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海植物逆境生物学研究中心研究团队,揭示了一条连接细胞膜和叶绿体的重要信号传递途径,相关成果已发表在国际著名学术期刊《细胞》上。

该研究揭示了一些植物蛋白如何与细胞膜相关联,并在感知病原体存在时,它们如何从细胞膜转移至叶绿体内部,“警告”叶绿体有威胁存在。紧接着,叶绿体通过“逆行信号传递”过程,将这些信息传递至细胞核,从而调节抗病基因表达,激活防御以对抗入侵者。该途径是植物细胞将危险信号从外界传递到叶绿体的策略之一,能快速、及时、准确整合信号并产生适当的下游响应。

长期以来,植物病原体及其宿主处于类似“军备竞赛”的共同进化中。此项研究便发现,病原体可以劫持这种在植物细胞内部传递信息的途径。一些来自植物病毒和细菌的蛋白质可以巧妙“模仿”上述植物蛋白质行为,能与细胞膜结合,当植物细胞感受到攻击时,也可以移动至叶绿体。一旦进入叶绿体内部,它们会损害叶绿体与细胞核之间的通讯,从而阻碍植物防御反应激活,帮助自身生存繁殖。

研究还发现,不同类别病原体进化出了相似策略,以达到抑制植物防御目的,有力证明了这条连接细胞膜与叶绿体的信号传递途径在植物与微生物相互作用中起着核心作用。该研究为设计植物保护策略与开发新的抗病品种提供了新思路。