前不久，國際學術期刊《自然》(Nature)在線發(fā)表南京農業(yè)大學植物保護學院陶小榮教授團隊最新研究成果，該成果首次揭示病毒攻擊植物激素受體有利自身侵染，植物則進化出了一種免疫受體模擬受攻擊的激素受體，從而識別病毒并激活免疫反應，研究揭示了植物免疫受體監(jiān)控病毒靶向激素受體的全新機制。

　　據(jù)了解，全球每年因病毒病造成的作物經(jīng)濟損失超過4000億元，與其他農作物病害不同，病毒病無法依靠農藥進行防治，挖掘、利用植物的抗病基因是防控病毒病最綠色高效的手段。一種被稱為NLR的抗病基因是植物進化出來的最大的一類抗病基因，在許多病蟲害防控中發(fā)揮了關鍵作用。植物NLR免疫受體如何識別病原微生物？如何激活植物自身的免疫系統(tǒng)？這是合理利用抗病基因、實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎，也是植物病理學領域的核心科學問題。

　　病原微生物非常“狡猾”，為了侵染傳播，會利用自身“武器”攻擊寄主植物，在與作物的彼此較量中，攻擊與抵御不斷升級，病原物的“武器”越發(fā)多樣，植物也由此進化出更加周密的防御系統(tǒng)，在肉眼不可見的微觀世界，植物和病原之間的軍備之戰(zhàn)，每時每刻都在上演。

　　免疫受體是如何監(jiān)控病毒，掀起這場“軍備競賽”的？團隊這一全新機制的發(fā)現(xiàn)來自一次偶然的實驗發(fā)現(xiàn)。

　　“我們在實驗中注意到，辣椒NLR免疫受體Tsw的大小很奇特，其大小是常規(guī)NLR免疫受體的兩倍。”陶小榮介紹，通過三維結構建模和同源比對分析發(fā)現(xiàn)，在Tsw中具有一個超大的富含亮氨酸重復序列結構域，更令人吃驚的是，該結構域竟然與植物激素茉莉酸、生長素和獨腳金內酯這三個植物激素受體相似。

　　Tsw是針對番茄斑萎病毒的抗病基因，該病毒是最具破壞性的植物病毒之一，每年在全球范圍內對辣椒、番茄等重要經(jīng)濟作物造成嚴重的經(jīng)濟損失，而Tsw通過識別病毒編碼的NSs蛋白，進而誘導了對病毒的免疫反應。

　　這促使團隊提出了一個大膽的“軍備競賽”的假設：病毒NSs蛋白直接攻擊三個植物激素受體利于病毒侵染，而Tsw這個免疫受體通過模擬激素受體、繼而監(jiān)視病毒，最終通過激活植物免疫系統(tǒng)實現(xiàn)抗病這一過程。

　　陶小榮團隊深入研究發(fā)現(xiàn)，在植物的防御體系中，茉莉素、生長素等激素信號系統(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啟動的關鍵開關。

　　但在日漸激烈地對戰(zhàn)中，病毒利用自身的武器“效應子NSs”直接靶向激素受體，進而抑制植物激素介導的抗病反應。病毒效應子NSs首先與激素受體上一種名為TCP21的蛋白質結合。這個蛋白質就像鎖鏈，病毒一旦與之結合，就能抑制激素受體的活性，束縛住激素的“手腳”，不讓它們去激活激素介導對病毒的抗性。

　　這樣一來，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)了這場植物與病毒攻守之戰(zhàn)的“軍備升級”。

　　雖然激素介導的這一層免疫系統(tǒng)淪陷，植物另一層免疫系統(tǒng)卻在暗中儲備兵力——團隊發(fā)現(xiàn)，植物免疫受體Tsw進化出來模擬植物激素受體的結構域，Tsw模擬激素受體結構域也與TCP21結合，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相對于激素受體與TCP21具有更強的親和力。在這場“反擊戰(zhàn)”中，免疫受體Tsw以“瞭望塔”的方式監(jiān)測到了敵情，并且進化出了一套與激素系統(tǒng)一模一樣的結構，引誘病原菌對其發(fā)起類似攻擊，進而順利觸發(fā)免疫。

　　這是植物防御-病毒反防御-植物再防御的“軍備競賽”新升級，在這一場斗爭中，植物免疫系統(tǒng)最終殲滅了病毒。

　　陶小榮介紹，激素介導的抗病是一種基礎抗病性，是一種比較弱的抗性。NLR免疫受體蛋白介導的抗病性則是非常強烈持久的抗病，可以有效滅除病原菌。在病毒效應子NSs存在的情況下，植物通過這一機制“選擇”了更為強烈的NLR免疫反應，誘敵深入，從而更好地保護自己，這為作物抗病的生產(chǎn)應用提供了廣闊前景。

　　中國工程院院士、西北農林科技大學植物保護學院教授康振生認為，該成果精細解析了植物病毒致病機理和作物抗病機制，為植物免疫學揭開了新的一頁，為后續(xù)發(fā)展新的抗病技術、培育新的抗病材料奠定了理論基礎，有利于科學家們更好地探討植物病蟲害綠色防治，從而為提升作物健康、糧食安全、食品安全等重要議題提供了可選擇的路徑。

　　許天穎 張臻瑋 中青報·中青網(wǎng)記者 李超 來源：中國青年報