西湖大學團隊揭示植物免疫系統精細調控機制

據悉，西湖大學未來產業研究中心、生命科學學院柴繼杰團隊首次揭示了雙子葉植物中TNL類抗病蛋白產生的免疫信號分子，通過結合并改變下游復合物蛋白的形態結構，進而激活輔助蛋白的分子機制。這一發現不僅深化了科學家對植物免疫系統的理解，也為未來開發高產穩產的抗病作物品種提供了重要的理論依據。相關研究成果日前在線刊發在《自然》期刊。

“植物作為生態系統的重要組成部分，長期與病原微生物共存并進化出了復雜的免疫系統。”柴繼杰解釋道，植物的免疫系統分為兩道防線：第一道是位于細胞膜上的模式識別受體，其能夠廣泛識別病原菌的保守分子模式，啟動廣譜性免疫反應；第二道是位于細胞內的核苷酸結合和富含亮氨酸重復受體，其能夠特異性識別病原菌分泌的效應蛋白，啟動更為強烈的免疫反應，例如局部細胞死亡以限制病原菌擴散。

柴繼杰團隊此次觀測的抗病蛋白屬于第二道防線。“TNL類抗病蛋白是雙子葉植物中一類重要的免疫蛋白，能夠感知病原菌入侵并啟動免疫反應。”柴繼杰介紹，研究發現，當病原菌突破植物的第一道防線后，TNL蛋白會被特定的效應因子激活進而聚合成四聚化的“抗病小體”，并產生多種免疫信號分子。這些信號分子能夠與特定復合物結合，使復合物蛋白的構象發生變化，進而激活下游的輔助蛋白。

研究團隊通過冷凍電鏡技術解析了與輔助蛋白結合的復合物結構，發現這個三元復合物(ESA)能夠進一步寡聚化，形成具有鈣離子通道活性的“抗病小體”，從而引發植物受侵染部位的組織壞死（超敏反應），以限制病原菌的擴散。此外，研究還發現另一類被激活的輔助蛋白在免疫調控中扮演了“剎車”角色。它們通過競爭結合感應了免疫信號的特定復合物，來抑制ESA介導的植物免疫反應，確保植物在抵抗病原菌的同時維持正常生長。

“這一發現揭示了植物免疫系統的精細調控機制，為防治植物病蟲害提供了詳細靶標和專業依據。科學家有望據此對植物免疫系統進行更精細化的調控，開發出具有更高抗病能力且高產穩產的優質農作物，來進一步助力解決糧食安全問題。”柴繼杰表示。