植物如何实现精准免疫调控？中国科学家找到了这个“紧箍咒”
植物如何实现精准免疫调控？中国科学家找到了这个“紧箍咒” 2024-05-16上海
青年报·青春上海记者 刘晶晶
植物如何实现精准的免疫调控？既能增强抗病免疫，又不影响生长，这个调控的关键点被中国科学家找到了。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队、张余团队以及何祖华院士团队在水稻免疫机制研究上所取得的这一重大突破，于北京时间5月15日晚发表于《自然》上，为深入理解植物如何巧妙使用免疫系统这把双刃剑，来协调抗病、共生和生长的平衡奠定了理论基础。
分子植物卓越中心王二涛研究员、张余研究员和何祖华院士作为文章共同通讯作者，王二涛研究组的博士后王钢、博士生陈曦以及张余研究组的已毕业博士生俞承志为共同第一作者。
水稻是主粮，是国家安全的基础。但我国水稻种植过程中常常受到稻瘟病等病原真菌的侵扰，过度依赖化学农药，从而对环境和食品安全构成严重威胁。王二涛研究员还列举了另外一个数据：我国7%的耕地使用了世界35%的氮肥。为了获得粮食的丰产，过度施肥，导致环境严重污染，不利于农业绿色发展。深入探索水稻免疫和共生营养高效的机制，提高作物抗病性和营养吸收是农作物育种的重要方向之一。
有意思的是，促进水稻营养吸收和生长的丛枝菌根菌，与对水稻造成毁灭性病害的稻瘟病菌，二者都属于真菌界。“有益”的丛枝菌根菌能释放互惠互利的“共生”信号，通知植物为建立共生关系做准备。而“有害”的病原菌则会避免泄露“信号”，以免被植物识别并激活免疫反应。
能够启动免疫或是共生“信号”的是一种水稻细胞表面的关键受体蛋白，名为OsCERK1。但它不太听话，如果不受到“监管”，触发的免疫反应一旦失控，虽然对病原体的抵抗增强，但同时也会阻碍植物生长和与互惠菌根共生的建立。因此，关于水稻体内如何有效调控这种潜在的过度激活的免疫反应，长久以来一直是科研界尚待揭晓的谜团。
此次中国科学家的突破性研究，就发现了能调控这一受体蛋白“失控”的好伴侣。这是一种名为OsCIE1的调控蛋白。在无病原菌侵染的时期，OsCIE1能够像“紧箍圈”一样，束缚OsCERK1激酶活性，防止免疫过度激活。而当水稻面临病原真菌入侵时，它的“束缚”作用又会受到抑制，对OsCERK1的限制能力减弱，从而解除“紧箍圈”的束缚。此时，免疫信号通路被OsCERK1成功激活，启动植物免疫反应，抵抗病原菌的侵染。
科研人员还通过合作，利用结构生物学方法，精确鉴定了控制OsCIE1“紧箍圈”松紧的关键位点Ser237，磷酸化就是控制魔法的“咒语”。
记者了解到，王二涛研究团队多年来致力于植物与微生物共生机理和应用的创新研究，多学科的技术支撑是他能在该领域取得丰硕研究成果的原因。而这一研究揭示了OsCIE1这一“紧箍圈”，及控制“紧箍圈”的Ser237磷酸化位点，在植物免疫和共生中的作用，不仅阐明了植物协同调节免疫、共生和生长发育的分子机制，同时也为未来绿色农业生产提供了基因资源。
“因为在几乎所有陆生植物中，OsCERK1都能起到控制共生和抗病的关键作用。”王二涛表示，虽然目前突破的是水稻，但他认为未来在玉米、小麦中的应用潜力更大。尽管目前看上去只是基础理论的研究，但对我国未来农业发展有着深远的意义。“基础研究的目标应该要和国家需求紧密结合在一起。”何祖华院士对此表示。
青年报·青春上海记者 刘晶晶
编辑:张红叶
来源:青春上海News—24小时青年报
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