記者2月13日從西湖大學(xué)獲悉，該校未來產(chǎn)業(yè)研究中心、生命科學(xué)學(xué)院柴繼杰團(tuán)隊首次揭示了雙子葉植物中TNL類抗病蛋白產(chǎn)生的免疫信號分子，通過結(jié)合并改變下游復(fù)合物蛋白的形態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而激活輔助蛋白的分子機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了科學(xué)家對植物免疫系統(tǒng)的理解，也為未來開發(fā)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的抗病作物品種提供了重要的理論依據(jù)。相關(guān)研究成果日前在線刊發(fā)在《自然》期刊。
“植物作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，長期與病原微生物共存并進(jìn)化出了復(fù)雜的免疫系統(tǒng)?！辈窭^杰解釋道，植物的免疫系統(tǒng)分為兩道防線：第一道是位于細(xì)胞膜上的模式識別受體，其能夠廣泛識別病原菌的保守分子模式，啟動廣譜性免疫反應(yīng)；第二道是位于細(xì)胞內(nèi)的核苷酸結(jié)合和富含亮氨酸重復(fù)受體，其能夠特異性識別病原菌分泌的效應(yīng)蛋白，啟動更為強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，例如局部細(xì)胞死亡以限制病原菌擴(kuò)散。
柴繼杰團(tuán)隊此次觀測的抗病蛋白屬于第二道防線。“TNL類抗病蛋白是雙子葉植物中一類重要的免疫蛋白，能夠感知病原菌入侵并啟動免疫反應(yīng)?！辈窭^杰介紹，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)病原菌突破植物的第一道防線后，TNL蛋白會被特定的效應(yīng)因子激活進(jìn)而聚合成四聚化的“抗病小體”，并產(chǎn)生多種免疫信號分子。這些信號分子能夠與特定復(fù)合物結(jié)合，使復(fù)合物蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，進(jìn)而激活下游的輔助蛋白。
研究團(tuán)隊通過冷凍電鏡技術(shù)解析了與輔助蛋白結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這個三元復(fù)合物(ESA)能夠進(jìn)一步寡聚化，形成具有鈣離子通道活性的“抗病小體”，從而引發(fā)植物受侵染部位的組織壞死（超敏反應(yīng)），以限制病原菌的擴(kuò)散。此外，研究還發(fā)現(xiàn)另一類被激活的輔助蛋白在免疫調(diào)控中扮演了“剎車”角色。它們通過競爭結(jié)合感應(yīng)了免疫信號的特定復(fù)合物，來抑制ESA介導(dǎo)的植物免疫反應(yīng)，確保植物在抵抗病原菌的同時維持正常生長。
“這一發(fā)現(xiàn)揭示了植物免疫系統(tǒng)的精細(xì)調(diào)控機(jī)制，為防治植物病蟲害提供了詳細(xì)靶標(biāo)和專業(yè)依據(jù)。科學(xué)家有望據(jù)此對植物免疫系統(tǒng)進(jìn)行更精細(xì)化的調(diào)控，開發(fā)出具有更高抗病能力且高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物，來進(jìn)一步助力解決糧食安全問題。”柴繼杰表示。
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