时间: 2022年12月23日 11:22 | 作者:朗依制药 | 来源: 医药资讯| 阅读: 153次
7年前的一个周六晚上,南京农业大学植物保护学院教授陶小荣照例和学生们交流研究进展。学生陈静刚刚做出来的辣椒免疫受体Tsw的电泳图结果引起了他的注意。
“这个受体是同类型其它受体的两倍大小。为什么它会这么大?它到底有什么功能?” 陶小荣觉得,这个看似偶然的现象很可能是揭秘植物抗病机制的重要线索。“只有做重要的科学问题,才能出重大的突破。”
此后,他们在这片“无人区”坚持不懈的探索,并第一次揭示了病原物效应子直接靶向植物激素受体促进侵染,而植物NLR免疫受体模拟受攻击的激素受体监控病毒效应子的干扰,并激活免疫机制的新机制。
12月15日,这一研究成果在线发表于《自然》杂志。中国工程院院士康振生说,这一新的进展,为我国植物免疫学研究揭开了新的一页,提供了新的思路;为抗病育种等应用前景奠定了必不可少的理论基础和技术途径。
一张电泳图引发的研究
电泳图结果中,辣椒免疫受体基因Tsw的大小是6.3kb。而一些经典的NLR免疫受体基因只有3kb。能敏锐地观察到这个“异常”,是由于这个团队已经深耕植物免疫系统研究多年。
陶小荣告诉《中国科学报》,当时他们正在研究番茄斑萎病毒,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了严重的经济损失。
番茄感染番茄斑萎病毒后症状。南京农大供图
辣椒感染番茄斑萎病毒后症状。南京农大供图
然而,经历了千万年的进化,病原微生物和植物之间一直在进行着复杂而精细的进攻与防御的“军备竞赛”。想要在这场纷乱的“战争”中厘清机制,并不是一件容易的事。
陶小荣解释说,新浪,病原微生物为了自己的侵染和传播,需要入侵到植物体内,它利用自己的“武器”去攻击寄主植物;而植物为了自身的生存,需要跟病原物去战斗,从而进化出防御系统监控并销毁病原物“武器”的攻击。
“在彼此战斗过程中,病原物的‘武器’会越来越多样化,而植物也会进化出越来越多样化的防御系统,阻止病原物的进攻,这就是植物和病原之间的‘军备竞赛’。”陶小荣说,植物和病原之间的军备竞赛机制是一个复制而精密的系统,搞清楚里面的一条条线索和机制,需要大胆地假设和小心地求证。
“找到重要的线索,这个就是做科研的奥秘所在。”陶小荣说,已知Tsw是辣椒中针对番茄斑萎病毒的抗病基因,它编码一个NLR免疫受体,通过识别病毒编码的效应子NSs蛋白进而诱导植物对病毒的免疫反应。这正是论文共同第一作者、南京农业大学植物保护学院博士生陈静能够在对Tsw的研究中发现重要线索的原因。
陈静介绍,然而Tsw-NLR受体蛋白的一级结构上比对不到什么有用的信息,此前也没有其他相关研究可以参考,无法解析Tsw这么大的功能是什么。因此他们就开始分析该蛋白的三维结构模型,希望找到有用的线索。
“这是一个知识盲区,用现有的知识体系还无法解释这样的现象。前沿研究是无人区。”陶小荣说,这个课题经历过一波三折,克服一道道困难,没有坚持是不可能完成的。
“模拟”激素受体 “诱骗”病毒效应子
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(LRR)。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的受体相似。
在植物复杂而精细的免疫系统中,由激素激发的免疫途径在抗病过程中发挥重要作用。陶小荣介绍,茉莉酸参与抗病和抗虫,这都是过去众所周知的。生长素参与植物的生长,比如向光性,但也参与对病毒的抗性。独脚金内酯参与植物分蘖,也曾被报道可以抗病和抗线虫。
在激素通路中,激素受体感受到激素后,会启动下游一系列的基因进行转录重编程。茉莉酸受体COI1、生长素受体TIR1和独脚金内酯受体搭档蛋白MAX2都带有一个LRR结构域,该结构域起着启动激素通路的作用。而Tsw-NLR受体蛋白中的LRR结构域正是与激素受体的LRR结构域相似。
“这直接促使我们提出一个‘军备竞赛’的假说:病毒会攻击这三种植物激素的受体,而Tsw这个NLR免疫受体是用来监控病毒的这种攻击的。这是这个课题最重要的科学问题。”陶小荣说。
Tsw NLR免疫受体监控病毒靶向激素受体诱导抗病的工作机制图。南京农大供图
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