我国科研团队揭示植物和病原之间的“军备竞赛”

前不久，国际学术期刊《自然》(Nature)在线发表南京农业大学植物保护学院陶小荣教授团队最新研究成果，该成果首次揭示病毒攻击植物激素受体有利自身侵染，植物则进化出了一种免疫受体模拟受攻击的激素受体，从而识别病毒并激活免疫反应，研究揭示了植物免疫受体监控病毒靶向激素受体的全新机制。

据了解，全球每年因病毒病造成的作物经济损失超过4000亿元，与其他农作物病害不同，病毒病无法依靠农药进行防治，挖掘、利用植物的抗病基因是防控病毒病最绿色高效的手段。一种被称为NLR的抗病基因是植物进化出来的最大的一类抗病基因，在许多病虫害防控中发挥了关键作用。植物NLR免疫受体如何识别病原微生物？如何激活植物自身的免疫系统？这是合理利用抗病基因、实现作物高产稳产的基础，也是植物病理学领域的核心科学问题。

病原微生物非常“狡猾”，为了侵染传播，会利用自身“武器”攻击寄主植物，在与作物的彼此较量中，攻击与抵御不断升级，病原物的“武器”越发多样，植物也由此进化出更加周密的防御系统，在肉眼不可见的微观世界，植物和病原之间的军备之战，每时每刻都在上演。

免疫受体是如何监控病毒，掀起这场“军备竞赛”的？团队这一全新机制的发现来自一次偶然的实验发现。

“我们在实验中注意到，辣椒NLR免疫受体Tsw的大小很奇特，其大小是常规NLR免疫受体的两倍。”陶小荣介绍，通过三维结构建模和同源比对分析发现，在Tsw中具有一个超大的富含亮氨酸重复序列结构域，更令人吃惊的是，该结构域竟然与植物激素茉莉酸、生长素和独脚金内酯这三个植物激素受体相似。

Tsw是针对番茄斑萎病毒的抗病基因，该病毒是最具破坏性的植物病毒之一，每年在全球范围内对辣椒、番茄等重要经济作物造成严重的经济损失，而Tsw通过识别病毒编码的NSs蛋白，进而诱导了对病毒的免疫反应。

这促使团队提出了一个大胆的“军备竞赛”的假设：病毒NSs蛋白直接攻击三个植物激素受体利于病毒侵染，而Tsw这个免疫受体通过模拟激素受体、继而监视病毒，最终通过激活植物免疫系统实现抗病这一过程。

陶小荣团队深入研究发现，在植物的防御体系中，茉莉素、生长素等激素信号系统在抵御病毒的侵染中发挥重要作用，其中激素受体是激素信号启动的关键开关。

但在日渐激烈地对战中，病毒利用自身的武器“效应子NSs”直接靶向激素受体，进而抑制植物激素介导的抗病反应。病毒效应子NSs首先与激素受体上一种名为TCP21的蛋白质结合。这个蛋白质就像锁链，病毒一旦与之结合，就能抑制激素受体的活性，束缚住激素的“手脚”，不让它们去激活激素介导对病毒的抗性。

这样一来，由激素系统激发的免疫通路就陷入了瘫痪。然而，病毒的这一招却并未“致命”，反而诱发了这场植物与病毒攻守之战的“军备升级”。

虽然激素介导的这一层免疫系统沦陷，植物另一层免疫系统却在暗中储备兵力——团队发现，植物免疫受体Tsw进化出来模拟植物激素受体的结构域，Tsw模拟激素受体结构域也与TCP21结合，并巧妙利用了病毒蛋白“捆大绳”的特性，在病毒蛋白NSs存在下，Tsw NLR免疫受体与TCP21相对于激素受体与TCP21具有更强的亲和力。在这场“反击战”中，免疫受体Tsw以“瞭望塔”的方式监测到了敌情，并且进化出了一套与激素系统一模一样的结构，引诱病原菌对其发起类似攻击，进而顺利触发免疫。

这是植物防御-病毒反防御-植物再防御的“军备竞赛”新升级，在这一场斗争中，植物免疫系统最终歼灭了病毒。

陶小荣介绍，激素介导的抗病是一种基础抗病性，是一种比较弱的抗性。NLR免疫受体蛋白介导的抗病性则是非常强烈持久的抗病，可以有效灭除病原菌。在病毒效应子NSs存在的情况下，植物通过这一机制“选择”了更为强烈的NLR免疫反应，诱敌深入，从而更好地保护自己，这为作物抗病的生产应用提供了广阔前景。

中国工程院院士、西北农林科技大学植物保护学院教授康振生认为，该成果精细解析了植物病毒致病机理和作物抗病机制，为植物免疫学揭开了新的一页，为后续发展新的抗病技术、培育新的抗病材料奠定了理论基础，有利于科学家们更好地探讨植物病虫害绿色防治，从而为提升作物健康、粮食安全、食品安全等重要议题提供了可选择的路径。

许天颖 张臻玮 中青报·中青网记者 李超 来源：中国青年报 【编辑:苏亦瑜】

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