前不久，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)在線發(fā)表南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院陶小榮教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)化出了一種免疫受體模擬受攻擊的激素受體，從而識(shí)別病毒并激活免疫反應(yīng)，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(jī)制。

　　據(jù)了解，全球每年因病毒病造成的作物經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)4000億元，與其他農(nóng)作物病害不同，病毒病無(wú)法依靠農(nóng)藥進(jìn)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(jìn)化出來(lái)的最大的一類抗病基因，在許多病蟲害防控中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。植物NLR免疫受體如何識(shí)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(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是植物病理學(xué)領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題。

　　病原微生物非常“狡猾”，為了侵染傳播，會(huì)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(jí)，病原物的“武器”越發(fā)多樣，植物也由此進(jìn)化出更加周密的防御系統(tǒng)，在肉眼不可見(jiàn)的微觀世界，植物和病原之間的軍備之戰(zhàn)，每時(shí)每刻都在上演。

　　免疫受體是如何監(jiān)控病毒，掀起這場(chǎng)“軍備競(jìng)賽”的？團(tuán)隊(duì)這一全新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)來(lái)自一次偶然的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。

　　“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)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(guò)三維結(jié)構(gòu)建模和同源比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，在Tsw中具有一個(gè)超大的富含亮氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域，更令人吃驚的是，該結(jié)構(gòu)域竟然與植物激素茉莉酸、生長(zhǎng)素和獨(dú)腳金內(nèi)酯這三個(gè)植物激素受體相似。

　　Tsw是針對(duì)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(nèi)對(duì)辣椒、番茄等重要經(jīng)濟(jì)作物造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而Tsw通過(guò)識(shí)別病毒編碼的NSs蛋白，進(jìn)而誘導(dǎo)了對(duì)病毒的免疫反應(yīng)。

　　這促使團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽的“軍備競(jìng)賽”的假設(shè)：病毒NSs蛋白直接攻擊三個(gè)植物激素受體利于病毒侵染，而Tsw這個(gè)免疫受體通過(guò)模擬激素受體、繼而監(jiān)視病毒，最終通過(guò)激活植物免疫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)抗病這一過(guò)程。

　　陶小榮團(tuán)隊(duì)深入研究發(fā)現(xiàn)，在植物的防御體系中，茉莉素、生長(zhǎng)素等激素信號(hào)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(hào)啟動(dòng)的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)。

　　但在日漸激烈地對(duì)戰(zhàn)中，病毒利用自身的武器“效應(yīng)子NSs”直接靶向激素受體，進(jìn)而抑制植物激素介導(dǎo)的抗病反應(yīng)。病毒效應(yīng)子NSs首先與激素受體上一種名為TCP21的蛋白質(zhì)結(jié)合。這個(gè)蛋白質(zhì)就像鎖鏈，病毒一旦與之結(jié)合，就能抑制激素受體的活性，束縛住激素的“手腳”，不讓它們?nèi)ゼせ罴に亟閷?dǎo)對(duì)病毒的抗性。

　　這樣一來(lái)，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(chǎng)植物與病毒攻守之戰(zhàn)的“軍備升級(jí)”。

　　雖然激素介導(dǎo)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(chǔ)備兵力——團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，植物免疫受體Tsw進(jìn)化出來(lái)模擬植物激素受體的結(jié)構(gòu)域，Tsw模擬激素受體結(jié)構(gòu)域也與TCP21結(jié)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(duì)于激素受體與TCP21具有更強(qiáng)的親和力。在這場(chǎng)“反擊戰(zhàn)”中，免疫受體Tsw以“瞭望塔”的方式監(jiān)測(cè)到了敵情，并且進(jìn)化出了一套與激素系統(tǒng)一模一樣的結(jié)構(gòu)，引誘病原菌對(duì)其發(fā)起類似攻擊，進(jìn)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(jìng)賽”新升級(jí)，在這一場(chǎng)斗爭(zhēng)中，植物免疫系統(tǒng)最終殲滅了病毒。

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

　　中國(guó)工程院院士、西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院教授康振生認(rèn)為，該成果精細(xì)解析了植物病毒致病機(jī)理和作物抗病機(jī)制，為植物免疫學(xué)揭開(kāi)了新的一頁(yè)，為后續(xù)發(fā)展新的抗病技術(shù)、培育新的抗病材料奠定了理論基礎(chǔ)，有利于科學(xué)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(bào)·中青網(wǎng)記者 李超 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)