北京時(shí)間12月15日零點(diǎn)，國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》Nature在線發(fā)表南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院陶小榮教授團(tuán)隊(duì)最新成果，該成果首次揭示病毒攻擊植物激素受體有利自身侵染，植物則進(jìn)化出了一種免疫受體模擬受攻擊的激素受體，從而識(shí)別病毒、并激活免疫反應(yīng)，該研究揭示了植物免疫受體監(jiān)控病毒靶向激素受體誘導(dǎo)抗病的全新機(jī)制，提供了植物與病毒“軍備競(jìng)賽”的新案例。國(guó)倉(cāng)健生物科技有幸為該研究提供了獨(dú)腳金內(nèi)酯（SL）、生長(zhǎng)素（IAA）、茉莉酸（JA）等植物激素檢測(cè)服務(wù)。
該論文第一署名單位為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，博士生陳靜與趙延曉為論文共同第一作者，陶小榮教授為通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病毒學(xué)實(shí)驗(yàn)室朱敏副教授、李佳副教授、植保學(xué)院馬振川教授、美國(guó)杜克大學(xué)何勝洋院士和美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的Savithramma P. Dinesh-Kumar教授參與了該研究。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)杰出青年基金等項(xiàng)目的資助。
植物病毒病害全球每年引起作物經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)4000億元，植物沒(méi)有像動(dòng)物一樣的獲得性免疫系統(tǒng)，接種疫苗不能作為防控植物病毒的主要手段。植物病毒也沒(méi)有有效的農(nóng)藥，一旦感染病毒病將無(wú)藥可治，因此病毒病也被稱為農(nóng)作物的“絕癥”，而挖崛和利用植物的抗病基因是病毒病防控最經(jīng)濟(jì)也是最高效的手段。NLR抗病基因是植物進(jìn)化出來(lái)的最大的一類(lèi)抗病基因，在許多病蟲(chóng)害防控中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。NLR抗病基因是植物免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵執(zhí)行者，它是植物免疫系統(tǒng)的受體蛋白，負(fù)責(zé)感知與監(jiān)控病原微生物的入侵，一旦監(jiān)測(cè)到病原物，NLR免疫受體就迅速啟動(dòng)高效的抗病反應(yīng)進(jìn)而殺滅病原物。那么，NLR免疫受體究竟如何識(shí)別病原微生物、又是如何激活植物自身免疫系統(tǒng)的呢？這是合理利用抗病基因、實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是植物病理學(xué)領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題。負(fù)鏈RNA病毒是危害農(nóng)作物生產(chǎn)的一類(lèi)重要植物病毒，番茄斑萎病毒也是其中之一，該病毒每年在全球范圍內(nèi)爆發(fā)流行，對(duì)辣椒、番茄等幾百種植物造成危害。辣椒抗病基因Tsw可有效控制番茄斑萎病毒，該抗病基因在辣椒抗病毒育種上得到廣泛應(yīng)用，Tsw編碼一個(gè)NLR免疫受體，它通過(guò)識(shí)別病毒編碼的NSs的蛋白誘導(dǎo)對(duì)病毒的免疫反應(yīng)，但是Tsw如何識(shí)別病毒NSs蛋白以及如何激活植物免疫通路的機(jī)制一直以來(lái)未得到揭示。陶小榮教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，辣椒免疫受體Tsw是常規(guī)免疫受體的兩倍大，三維結(jié)構(gòu)建模和同源比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，該受體包含一個(gè)超大的富含亮氨酸重復(fù)序列（LRR）的結(jié)構(gòu)域，這個(gè)超常規(guī)的LRR結(jié)構(gòu)域與茉莉素、生長(zhǎng)素和獨(dú)腳金內(nèi)脂三種植物激素受體LRR具有結(jié)構(gòu)上的相似性。Tsw NLR免疫受體是通過(guò)識(shí)別病毒編碼的NSs蛋白而誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。這促使團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽的“軍備競(jìng)賽”的假說(shuō)：病毒NSs蛋白直接攻擊這三個(gè)植物激素受體，而Tsw這個(gè)免疫受體則進(jìn)化出類(lèi)似于植物激素受體的結(jié)構(gòu)域，通過(guò)模擬植物激素受體，‘誘騙’病毒效應(yīng)子NSs，繼而監(jiān)視病毒攻擊過(guò)程，最終通過(guò)激活植物免疫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抗病這一過(guò)程。深入研究發(fā)現(xiàn)，在植物的防御體系中，茉莉素、生長(zhǎng)素等激素信號(hào)系統(tǒng)在抵御病毒的侵染中發(fā)揮重要作用，其中激素受體是激素信號(hào)啟動(dòng)的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)。但在日漸激烈的對(duì)戰(zhàn)中，病毒利用自身的武器“效應(yīng)子NSs”直接靶向激素受體，進(jìn)而抑制植物激素介導(dǎo)的抗病反應(yīng)。病毒效應(yīng)子NSs首先與激素受體上一種名為T(mén)CP21的蛋白質(zhì)結(jié)合。這個(gè)蛋白質(zhì)就像鎖鏈，病毒一旦與之結(jié)合，就能抑制激素受體的活性，束縛住激素的“手腳”，不讓它們?nèi)ゼせ罴に亟閷?dǎo)的對(duì)病毒的抗性，這樣一來(lái)，由激素系統(tǒng)激發(fā)的免疫通路就陷入了癱瘓。然而，病毒的這一招卻并未“致命”，反而誘發(fā)了這場(chǎng)植物與病毒攻守之戰(zhàn)的 “軍備升級(jí)”。雖然激素介導(dǎo)的這一層免疫系統(tǒng)淪陷，植物另一層免疫系統(tǒng)卻在暗中儲(chǔ)備兵力。該研究發(fā)現(xiàn)，植物免疫受體Tsw進(jìn)化出來(lái)模擬植物激素受體的結(jié)構(gòu)域，Tsw模擬激素受體結(jié)構(gòu)域也與TCP21結(jié)合，并巧妙利用了病毒蛋白“捆大繩”的特性，在病毒蛋白NSs存在下，Tsw NLR免疫受體與TCP21相對(duì)于激素受體與TCP21具有更強(qiáng)的親和力。因此，病毒靶向激素受體的時(shí)候，NLR免疫受體Tsw也會(huì)感知到這個(gè)過(guò)程，進(jìn)而迅速觸發(fā)免疫。激素介導(dǎo)抗病-病毒攻擊激素受體-免疫受體監(jiān)控病毒，這是植物與病毒的“軍備競(jìng)賽”新升級(jí)：植物防御-病毒反防御-植物再防御，在這一場(chǎng)斗爭(zhēng)中，植物免疫系統(tǒng)最終殲滅了病毒。激素介導(dǎo)的抗病是一種基礎(chǔ)抗病性，是一種比較弱的抗性。NLR免疫受體蛋白介導(dǎo)的抗病性則是非常強(qiáng)烈持久的抗病，可以有效滅除病原菌。在病毒效應(yīng)子NSs存在的情況下，植物通過(guò)這一機(jī)制“選擇”了更為強(qiáng)烈的NLR免疫反應(yīng)，誘敵深入，從而更好地保護(hù)自己，這為作物抗病的生產(chǎn)應(yīng)用提供了廣闊前景。
Tsw NLR免疫受體監(jiān)控病毒靶向激素受體誘導(dǎo)植物抗病的工作機(jī)制圖
國(guó)倉(cāng)健生物科技基于UPLC-MS/MS、GC-MS 建立了植物激素、品質(zhì)營(yíng)養(yǎng)組分靶向/非把向檢測(cè)分析平臺(tái)，可精確定量9大類(lèi)100余種植物激素、定性和定量12大類(lèi)數(shù)千種植物品質(zhì)相關(guān)化合物，可為農(nóng)作物抗病，品質(zhì)形成的代謝調(diào)控機(jī)理、重要基因解析、未知重要活性物質(zhì)挖掘、多組學(xué)網(wǎng)絡(luò)輔助育種等研究提供技術(shù)支持。
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