科學(xué)院團(tuán)隊(duì)有新發(fā)現(xiàn)：植物如何區(qū)分有害或是有益微生物？
小楊 / 2024-05-17 08:41:49
百歐博偉生物：近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤團(tuán)隊(duì)、張余團(tuán)隊(duì)以及何祖華院士團(tuán)隊(duì)在水稻免疫機(jī)制研究上取得了重大突破。該成果以“Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice（水稻通過(guò)釋放泛素制動(dòng)器來(lái)激活由OsCERK1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)）”為題，在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表，為深入理解植物如何巧妙使用免疫系統(tǒng)這把雙刃劍協(xié)調(diào)抗病、共生和生長(zhǎng)的平衡奠定了理論基礎(chǔ)。
團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)了一種名為OsCIE1的調(diào)控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。在無(wú)病原菌侵染的時(shí)期，OsCIE1能夠像“緊箍圈”一樣，將一種名為泛素的小蛋白分子連接到OsCERK1蛋白表面，抑制OsCERK1的激酶活性，防止免疫過(guò)度激活。然而，當(dāng)水稻面臨病原真菌入侵時(shí)，真菌細(xì)胞壁上的長(zhǎng)鏈幾丁質(zhì)迅速誘導(dǎo)OsCERK1的激酶活性。該激酶將磷酸基團(tuán)分子添加至OsCIE1蛋白表面的關(guān)鍵區(qū)域，抑制OsCIE1限制OsCERK1的能力，從而解除“緊箍圈”的束縛。此時(shí)，免疫信號(hào)通路被OsCERK1成功激活，啟動(dòng)植物免疫反應(yīng)，抵抗病原菌的侵染。
水稻是我國(guó)的主要作物，其對(duì)磷、氮等營(yíng)養(yǎng)元素的巨大需求，導(dǎo)致過(guò)度施肥，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，深入探索水稻免疫和共生的機(jī)制，提高作物抗病性和營(yíng)養(yǎng)吸收是農(nóng)作物育種的重要方向之一。
值得注意的是，促進(jìn)水稻營(yíng)養(yǎng)吸收和生長(zhǎng)的叢枝菌根菌與對(duì)水稻造成毀滅性病害的稻瘟病菌均屬于真菌界。它們的細(xì)胞表面都覆蓋著一種名為幾丁質(zhì)的多聚糖類物質(zhì)。那么植物又是如何區(qū)分“有益”還是“有害”微生物的呢？原來(lái)“長(zhǎng)短有別”。短鏈幾丁質(zhì)可以作為共生信號(hào)，而長(zhǎng)鏈幾丁質(zhì)則會(huì)觸發(fā)植物的抗病免疫反應(yīng)。
在建立互惠互利共生關(guān)系時(shí)，共生菌根真菌會(huì)釋放大量短鏈幾丁質(zhì)作為信號(hào)，通知植物為建立共生關(guān)系做準(zhǔn)備。而病原菌則會(huì)極力避免幾丁質(zhì)分子的泄漏，尤其是長(zhǎng)鏈幾丁質(zhì)，以免被植物識(shí)別并激活免疫反應(yīng)。水稻細(xì)胞表面的關(guān)鍵受體蛋白OsCERK1能夠辨別免疫或是共生信號(hào)，特異介導(dǎo)植物的共生或免疫反應(yīng)。但這也需要一定監(jiān)管，若受體OsCERK1觸發(fā)的免疫反應(yīng)失控，將引發(fā)過(guò)度的免疫反應(yīng)，雖然對(duì)病原體抵抗增強(qiáng)，但也阻礙了植物生長(zhǎng)和與互惠菌根共生的建立。
關(guān)于水稻體內(nèi)如何有效調(diào)控這種潛在的過(guò)度激活的免疫反應(yīng)，長(zhǎng)久以來(lái)一直是科研界尚待揭曉的謎團(tuán)。
科研人員通過(guò)合作利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法，精確鑒定了控制OsCIE1 “緊箍圈”松緊的關(guān)鍵位點(diǎn)Ser237。當(dāng)Ser237位點(diǎn)被OsCERK1磷酸化修飾時(shí)，如同緊箍咒失效，OsCERK1便可展現(xiàn)其威力，積極抵御外敵。而一旦Ser237位點(diǎn)未被磷酸化，緊箍咒再次發(fā)揮作用，OsCERK1則恢復(fù)平靜。
中國(guó)科學(xué)院分子植物卓越中心王二濤研究員、張余研究員和何祖華院士作為文章共同通訊作者，王二濤研究組的博士后王鋼、博士生陳曦以及張余研究組的已畢業(yè)博士生俞承志作為共同第一作者。
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