清華大學、中科院Science文章揭示天然植物免疫機制
來源：生物通 2013-10-12 何嬙
來自清華大學、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所以及諾維奇科技園（Norwich Research Park）的科學家們，首次確切揭示了一種免疫受體介導植物對細菌天然免疫的作用機制。這項研究對于開發(fā)廣譜抗病作物品種具有重要的意義。研究結(jié)果發(fā)表在10月10日的《科學》（Science）雜志上。
清華大學生命科學學院的柴繼杰（Jijie Chai）教授、韓志富（ Zhifu Han）博士和中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的周儉民（Jian-min Zhou）研究員是這篇論文的共同通訊作者。柴繼杰的研究方向是生物學及藥學應用中的重要大分子結(jié)構(gòu)與功能。周儉民研究員的主要研究方向是植物識別不同的病原微生物并激活免疫反應的分子機理，及闡明病原微生物致病蛋白在宿主細胞內(nèi)的生化功能。
植物一生面臨著非常復雜和嚴峻的生存環(huán)境，長期受到真菌、細菌和病毒的侵襲。經(jīng)過漫長進化，植物逐漸形成了一系列復雜高效的保護機制來抵御病原物的侵染。植物中抵抗外界微生物刺激所形成的系統(tǒng)被稱為植物的天然免疫系統(tǒng)，可以分為兩個層次。
第一個層次便是植物模式識別受體（PRRs）識別病原相關分子模式（PAMPs），觸發(fā)病原相關分子模式觸發(fā)的免疫反應（PTI），激活植物體中促絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路使植物產(chǎn)生早期應答反應。PTI適應性較廣，可識別和響應包括非致病菌的許多類微生物。第2個層次是病原菌產(chǎn)生效應因子抑制基礎免疫響應PTI，而植物產(chǎn)生針對性更強的抗性蛋白（R蛋白）識別效應因子，并通過效應因子觸發(fā)性免疫（ETI）來重建植物的抗性。
FLS2是存在于大多數(shù)高等植物中，對于抗菌免疫至關重要的一種植物受體，作為一種PRR，它能夠直接識別對細菌運動性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守N末端表位（flg22）。Flg22結(jié)合誘導了FLS2與BAK1異聚化及它們之間相互激活，從而觸發(fā)植物免疫反應。
在這篇新文章中，研究人員報告了分辨率為3.06埃的FLS2、BAK1胞外域及flg22復合物的晶體結(jié)構(gòu)。證實FLS2螺線管內(nèi)表面的一個保守和非保守的位點，分別識別了flg22的C- 端和 N-端部分。而FLS2胞外域沒有寡聚化或構(gòu)象改變。除了與FLS2直接互作，BAK1還充當了共受體識別結(jié)合FLS2的flg22的C末端。這些數(shù)據(jù)揭示了FLS2-BAK1復合物識別flg22的潛在分子機制，提供了關于免疫受體復合物激活的新認識。
諾維奇科技園Sainsbury實驗室高級研究員Cyril Zipfel教授說：“植物像人類一樣，具有天然識別潛在有害細菌發(fā)動免疫反應的能力。我們發(fā)現(xiàn)了那樣的復雜化學關聯(lián)運作的機制。這項研究讓我們獲得了在作物中操控精確抗性的新知識，為我們開辟了新的途徑，將使全球的糧食生產(chǎn)獲益。”
Zipfel教授補充說：“隨著人口的增長、土地利用及氣候的改變，獲得盡可能高效的糧食生產(chǎn)顯得越來越重要。這一研究意味著我們可以開發(fā)出可對抗目前減少產(chǎn)率和食物品質(zhì)的有害細菌的免疫增強作物。”
