我們生活的環(huán)境中充滿了各種病原微生物，如細菌、真菌、病毒等。當這些病原微生物入侵時，我們體內(nèi)的免疫系統(tǒng)可以通過多種途徑發(fā)現(xiàn)并消滅入侵者，從而保護我們的身體健康。植物同樣面臨著各種病原微生物的侵襲。那么，它們是如何保護自己的呢？
科學家發(fā)現(xiàn)，植物在漫長的進化過程中也“修煉”出了完備的防御系統(tǒng)，可以對病原微生物的入侵奮起反抗。
植物表皮是植物保護自己的一道重要屏障，它就像我們?nèi)梭w表面的皮膚,對各種微生物具有物理阻擋作用。但許多病原菌能突破這道屏障，進入植物體內(nèi)，在植物細胞間隙中奪取營養(yǎng)并增殖。不過，植物并不會坐以待斃，它們具有強大的免疫系統(tǒng)可以對病原菌做出抵抗。
植物免疫系統(tǒng)的關鍵：抗病蛋白
植物細胞表面有許多稱為“受體”的蛋白，它們是植物免疫系統(tǒng)的第一道防線。這些受體蛋白可以識別來自病原菌的分子，從而調(diào)動細胞內(nèi)的防御系統(tǒng)來抵抗病原菌。但是在與植物長期的斗爭中，病原菌變得越來越狡猾，它們進化出了針對植物防御系統(tǒng)的毒性蛋白。這些毒性蛋白可以直接被分泌到植物細胞內(nèi)，精準破壞植物防御系統(tǒng)的關鍵蛋白，從而抑制植物免疫反應。
然而，魔高一尺道高一丈，在與病原菌的長期斗爭中，植物也逐漸進化出了由“抗病蛋白”組成的第二道防線?？共〉鞍卓梢宰R別病原菌分泌的毒性蛋白，重新激活免疫反應。有的抗病蛋白與植物細胞內(nèi)的“誘餌”蛋白相配合，巧妙地“引誘”毒性蛋白上鉤，當毒性蛋白破壞“誘餌”蛋白時，可以激活抗病蛋白，從而觸發(fā)免疫反應。
誘餌模型工作原理
數(shù)目龐大的抗病蛋白是植物監(jiān)控病蟲侵害的哨兵，也是植物動員防衛(wèi)系統(tǒng)的指揮官，它們在抵御各種病蟲入侵中發(fā)揮了關鍵作用。然而，自從25年前國際上首次被鑒定以來，抗病蛋白仍是“謎”一般的存在，人們一直不清楚它們的工作原理?？共〉鞍桌碚撗芯康木薮笃款i在于，全長蛋白質(zhì)三維結(jié)構的解析和功能復合體的組裝無法完成。由于抗病蛋白發(fā)揮功能的核心機制一直沒能解答，制約了人們對抗病蛋白在農(nóng)作物育種中的應用。
揭開抗病蛋白作用的秘密
近期，來自清華大學和中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的團隊就“繪出”了抗病蛋白的本來“模樣”，揭開了抗病蛋白行使功能的秘密。他們發(fā)現(xiàn)，受到細菌毒性蛋白破壞的“誘餌”蛋白會引起抗病蛋白發(fā)生一系列構象改變，并聚合形成一個環(huán)狀五聚體蛋白機器，命名為“抗病小體”。如下圖所示：
抗病小體能對植物防御系統(tǒng)發(fā)出強大的動員命令，并在植物細胞膜上發(fā)出自殺指令，讓受到感染的少數(shù)植物細胞和入侵的病原菌同歸于盡，從而阻止病原菌擴散，保護其他健康細胞。令人驚嘆的是，抗病小體與人類免疫中的炎癥小體的形成機制和作用極為相似，因此，對研究動物天然免疫也有借鑒意義。
這項工作填補了人們對植物免疫系統(tǒng)認知的空白，為研究其他抗病蛋白提供了范本。有專家表示，這是植物抗病研究的一個里程碑事件，對植物抗病蟲害研究將發(fā)揮深遠影響。
每年農(nóng)作物病蟲害發(fā)生造成嚴重的糧食減產(chǎn)，為了減少損失，人們不得不施用化學農(nóng)藥，而農(nóng)藥的大量施用對環(huán)境造成了嚴重破壞，同時也威脅了人類的健康。因此，培育抗病蟲農(nóng)作物，減少農(nóng)藥施用量具有重要的現(xiàn)實意義。抗病蛋白在植物中數(shù)量龐大，如何有效利用抗病蛋白培育抗病品種是擺在科學家面前的一道難題。這一研究發(fā)現(xiàn)為抗病育種提供了核心的理論基礎，可以幫助人們更好地利用抗病蛋白設計具有廣譜、持久抗性的農(nóng)作物，從而減少農(nóng)藥施用，保護生態(tài)環(huán)境和人類健康，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
來源：中科院之聲
