抗病基因“假扮”激素受体“诱敌深入” _健康小知识

本文转自：中国科学报

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感染了番茄斑萎病毒的辣椒。南京农业大学供图
■本报采访人员李晨通讯员许天颖
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他受体的两倍大。为什么它会这么大？它有什么功能？”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，才能出重大突破。 ”
此后，他们在这片“无人区”坚持不懈地探索，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。相关研究成果近日在线发表于《自然》。
中国工程院院士康振生说，这一新进展，为我国植物免疫学研究揭开了新的一页，提供了新思路，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，每年在全球范围内给辣椒、番茄等重要经济作物带来严重损害，造成经济损失。
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，病原微生物为了自己的侵染和传播，利用自己的“武器”去攻击寄主植物。而植物为了自身的生存，进化出防御系统，监控并消除病原物“武器”的攻击。
“在战斗过程中，病原物的‘武器’会越来越多样化，而植物也会进化出更强的防御系统。这就是植物和病原之间的‘军备竞赛’ 。 ”陶小荣说，而要搞清楚里面的线索和机制，需要大胆假设、小心求证。
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。
然而陈静介绍， Tsw-NLR受体蛋白的一级结构上比对不到什么有用的信息，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。因此他们开始分析该蛋白的三维结构模型，希望找到有用的线索。
“诱骗”病毒效应子
三维结构建模和同源比对分析发现， Tsw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，该结构域竟然与茉莉酸、生长素和独脚金内酯这3个植物激素的受体结构相似。
在植物免疫系统中，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结构域与激素受体的LRR结构域相似。