植物的两道“防线”如何抵御攻击？看上海科学

图说：植物免疫系统协同放大活性氧产生来抵抗病原菌的入侵。其中绿色表示叶片内部活性氧的产生情况，紫色代表植物的叶绿体 来源/中科院分子植物科学卓越创新中心

和人类一样，植物也有自己的免疫系统。面对病原菌的猛烈攻击，两道坚固的“防线”挺身而出。可两道“防线”是各人自扫门前“菌”还是“兄弟同心其利断金”，此前，这个问号科学家们一直没有解开。

就在今天（11日）凌晨，中国科学院分子植物科学卓越创新中心“85后”年轻研究员辛秀芳领衔的团队在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）上发表最新研究成果，揭示了植物两大类免疫通路PTI和ETI并不是独立发挥功能，而是存在相互放大的协同作用，从而保障植物在应对病原菌的入侵时能够输出持久且强烈的免疫响应，该研究为人们重新认识和理解植物免疫提供了重要理论依据。

图说：辛秀芳研究团队

植物大作战

地球生态系统中，植物是不可或缺的一环。然而，复杂恶劣的环境时刻在考验植物，这其中，就包括来自于各种病原微生物（例如细菌、真菌和卵菌等）的攻击。各种病原微生物侵染导致的植物病害是自然生态系统和现代农业生产的一大危害，给全球粮食安全带来了巨大挑战。

在与病原菌长期“鏖战”中，植物进化出了免疫系统。第一道“防线”PTI，植物能够通过细胞膜表面的受体蛋白识别病原菌所携带的一些分子，如鞭毛蛋白。不过，病原菌可没那么容易缴械投降。成功侵入的病原菌得要守住“阵地”——它们的战术是，向植物细胞内分泌一类毒性蛋白，从而反过来攻击植物的免疫系统，以利于其侵染植物。

这场激烈的“保卫战”中，植物表现出“魔高一尺道高一丈”的韧性。它们会通过细胞内的另外一类受体蛋白感知病原菌的一些毒性蛋白，从而触发植物的第二道“防线”ETI以激活更强烈的免疫反应来抵抗病原菌的攻击。

图说：植物两大类免疫系统PTI和ETI协同抗病模型图（右边表示植物能够同时激活两层免疫系统抵抗病原菌的侵染；左边表示PTI免疫系统缺失，不能诱导起正常的ETI免疫反应，从而导致植物感病）

两道防线有联系

PTI和ETI这两道“防线”里，不同免疫受体识别不同的病原菌来源的分子，而且免疫受体激活的机制有很大不同。之前绝大多数的植物免疫领域的研究者都认为，两条防线各司其职、独立作战，并分别寻找两道防线中的“武器”是如何“防御”的。

然而，实验中的偶然发现引起了辛秀芳研究团队的注意。科研人员注意到，第一道“防线”缺失的植物里，第二道“防线”抵抗能力同样大打折扣。“这表明植物的PTI免疫系统对于ETI免疫系统不可或缺。”辛秀芳解释。

进一步研究发现，两道“防线”协同调控“对菌反击战”，尤其是在调控活性氧的产生方面起有重要作用。辛秀芳介绍，活性氧作为能够直接杀死病原菌的分子及放大植物其他免疫事件的信号，对植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。

“这项研究揭示了植物两层免疫系统通过精密地分工合作来实现活性氧的大量产生。其中ETI免疫系统负责增强活性氧合成酶RBOHD蛋白的表达，而PTI免疫系统负责将RBOHD蛋白完全激活，二者缺一不可。”辛秀芳说。中科院分子植物科学卓越创新中心副主任龚继明指出，RBOHD这一类受两个免疫系统协同调控的基因有可能成为分子育种的新靶点。

两道“防线”默契地配合能保证在受到病原菌“进攻”时，快速准确地输出足够的“防守力量”；同时在植物面临不同微生物（如非致病或致病力弱的微生物）时，避免过度的免疫输出，从而确保植物平衡生长和环境胁迫的抗性反应。有意思的是，研究还发现，第二道“防线”ETI还能通过增强第一道防线PTI中核心蛋白组分的表达，从而让第一道防线更稳固呢！

图说：辛秀芳研究员

高产的年轻研究组长

要知道，随着全球气候变暖，农作物病害的爆发严重影响了全球粮食安全。过去几年，由植物病害导致的粮食作物减产达近10%-30%。这项研究成果不仅揭开了植物不同免疫系统间的亲密关系，建立了新的植物免疫系统架构模型，而且为后续通过整合植物双层免疫系统来培育优良持久抗病的农作物品种提供了新思路。

文章来源：《植物保护学报》 网址: http://www.zwbhxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0311/550.html