作者:何静 来源:中国科学报 发布时间:2020/8/25 10:33:08
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非常“道”:从细胞膜到叶绿体
科学家在植物抗病信号途径方面取得重大发现

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 供图

      植物细胞膜(绿色)与叶绿体(橙色)相联系,图中背景的亮点代表两者之间传递的信息

艺术设计者:Toyi Matos   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 供图

 

植物是地球上几乎所有生命的基础,植物和人类一样,也会面临周围环境的各种威胁,同样经历“生老病死”。为了保护自己,植物建立了一系列复杂和巧妙机制来感知、防御外界植物病原体(病毒、细菌等)“侵犯”,科学家的一项重要发现揭示了植物在这个机制中用来传递“敌情”的“要道”。

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西班牙籍研究员罗莎 ·洛萨诺-杜兰(Rosa Lozano-Duran)研究团队发现了一条连接细胞膜和叶绿体的重要信号传递途径,该途径在植物感受到病原体威胁后能激活植物的抗病反应。相关成果北京时间2020年8月24日在线发表于《细胞》。

植物抗病防御有“道”

罗莎介绍,植物在长期进化过程中建立的这个对抗病原体的机制,不仅需要对威胁进行识别,更需要在空间上传递识别到的信号并协调各种响应。

对信号的识别和响应发生在植物细胞层面。植物细胞表面有一层细胞膜,将细胞内部与外部环境相隔离,细胞膜外侧是潜在病原体接触的重要场所。因而,植物需要通过细胞膜感知特定的分子,以了解潜在“攻击者”的存在,并发出“警报”。

那么,“警报”信息如何在细胞内传递的呢? “在这个过程中,叶绿体作为植物特有的、进行光合作用的细胞器,在调节植物对刺激响应中起着核心作用。”罗莎形象地描述了这个过程:一些植物蛋白先与细胞膜相关联,并在感知病原体存在时,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。

专家认为,这个途径是植物细胞将“危险信号”从外界传递到叶绿体的策略之一,并能快速、及时、准确地整合信号并产生适当的下游响应。

病原体借“道”作恶

植物病原体及其宿主长期处于类似于“军备竞赛”的共同进化中。有趣的是,研究还发现,“狡猾”的病原体居然会“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病原细菌的蛋白质会“乔装打扮”、“模仿”上述植物蛋白质的行为,“瞒天过海”。它们能与细胞膜结合,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,这些病原体蛋白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的激活,帮助病原体的生存和繁殖。

研究结果显示,不同类别的病原体进化出相似的策略来利用这种植物途径,达到抑制植物防御的目的,有力证明了这条连接细胞膜和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。

来之道

真菌、细菌、病毒等多种植物病原体在全球范围内对农作物生产造成了巨大损失,严重威胁世界粮食安全。

罗莎带领的团队主要研究方向是植物病毒如何引起疾病,尤其关注研究病毒如何对细胞功能进行操纵。她说:“这项工作做了近5年,下一步,我们会深入研究如何‘抗干扰’阻断病原体‘劫持要道’,在没有病原体存在的情况下,如何实现植物对病原体的防御能力而不影响正常生长。”

“希望这种新途径的发现为设计的植物保护策略和开发新的抗病品种提供新思路。”

相关论文信息:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30885-0

 
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