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我國細胞膜信息傳遞研究獲重大發現

來源:中國經濟網-《經濟日報》 作者:沈則瑾 2020年10月04日 11:06

  植物是人類賴以生存的基礎。它們通過光合作用將太陽能轉化為化學能,產生我們必需的氧氣。然而,植物也會面對各種威脅,並受到病毒和細菌等植物病原體攻擊,導致生病甚至死亡。數據顯示,每年植物病原體對全球農作物生產造成了巨大損失,嚴重威脅世界糧食安全。

  在長期進化中,植物已形成了一系列複雜巧妙的機制,以感知威脅,產生相應防禦反應,從而阻止或消除病原體入侵。這個過程不僅包含簡單識別,更要在空間上傳遞識別信號,並協調各種響應。

  其中,對信號的識別和響應發生在植物細胞層面。在植物細胞表面,有一層細胞膜可將細胞內外部環境隔離。因而,植物需要通過細胞膜感知特定分子,以瞭解外部潛在攻擊者的存在,併發出“警報”,將其傳遞到細胞內部不同區室,最終到達存儲遺傳物質的細胞核,調節植物抗病基因表達。葉綠體作為植物特有光合作用的細胞器,同時也在調節植物對刺激響應中起着核心作用,這對於植物生存至關重要。

  長期以來,對於這種“警報”信息如何在細胞內傳遞,成為科學家在植物領域探索的焦點。日前,我國傳來好消息,中國科學院分子植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心研究團隊,揭示了一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑,相關成果已發表在國際著名學術期刊《細胞》上。

  該研究揭示了一些植物蛋白如何與細胞膜相關聯,並在感知病原體存在時,它們如何從細胞膜轉移至葉綠體內部,“警告”葉綠體有威脅存在。緊接着,葉綠體通過“逆行信號傳遞”過程,將這些信息傳遞至細胞核,從而調節抗病基因表達,激活防禦以對抗入侵者。該途徑是植物細胞將危險信號從外界傳遞到葉綠體的策略之一,能快速、及時、準確整合信號併產生適當的下游響應。

  長期以來,植物病原體及其宿主處於類似“軍備競賽”的共同進化中。此項研究便發現,病原體可以劫持這種在植物細胞內部傳遞信息的途徑。一些來自植物病毒和細菌的蛋白質可以巧妙“模仿”上述植物蛋白質行為,能與細胞膜結合,當植物細胞感受到攻擊時,也可以移動至葉綠體。一旦進入葉綠體內部,它們會損害葉綠體與細胞核之間的通訊,從而阻礙植物防禦反應激活,幫助自身生存繁殖。

  研究還發現,不同類別病原體進化出了相似策略,以達到抑制植物防禦目的,有力證明了這條連接細胞膜與葉綠體的信號傳遞途徑在植物與微生物相互作用中起着核心作用。該研究為設計植物保護策略與開發新的抗病品種提供了新思路。

(責編:鄢妮)