第一作者中科院外籍科學(xué)家揭示病毒如何“騙過(guò)”植物并入侵的

揭示病毒的“騙術(shù)”

為什么植物會(huì)被病毒、細(xì)菌侵襲？病毒、細(xì)菌是如何“騙過(guò)”植物自身的防御體系的？如何在保證植物產(chǎn)量不減少的情況下還能增強(qiáng)抵抗力？北京時(shí)間8月24日23時(shí)，中國(guó)科學(xué)院植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心的外籍科學(xué)家羅莎·洛薩諾·杜蘭(Rosa Lozano Duran)團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》上發(fā)表論文，揭示了一條連接細(xì)胞膜和葉綠體的重要信號(hào)傳遞途徑。

植物細(xì)胞表面有一層細(xì)胞膜，可以將細(xì)胞內(nèi)部與外部環(huán)境相隔離，而細(xì)胞膜外側(cè)是潛在病原體接觸的重要產(chǎn)所。因而，植物需要通過(guò)細(xì)胞膜感知特定的分子以了解潛在攻擊者的存在，并發(fā)出“警報(bào)”。而這些“警報(bào)”必須傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，到達(dá)包括葉綠體在內(nèi)的不同細(xì)胞區(qū)室。葉綠體為植物特有的、進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器，同時(shí)也在調(diào)節(jié)植物對(duì)刺激響應(yīng)中起著核心作用。這些“警報(bào)”信號(hào)最終到達(dá)存儲(chǔ)遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核，調(diào)節(jié)植物抗病基因表達(dá)。盡管對(duì)于植物的生存至關(guān)重要，但迄今為止，這種“警報(bào)”信息如何在細(xì)胞內(nèi)傳遞尚不完全清楚。

羅莎團(tuán)隊(duì)的文章揭示了一些植物蛋白如何與細(xì)胞膜相關(guān)聯(lián)，并在感知病原體存在時(shí)，它們又如何從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部，“警告”葉綠體有威脅存在。緊接著，葉綠體通過(guò)“逆行信號(hào)傳遞”過(guò)程，將這些信息傳遞至細(xì)胞核，從而調(diào)節(jié)抗病基因表達(dá)，激活防御以對(duì)抗入侵者。該途徑是植物細(xì)胞將危險(xiǎn)信號(hào)從外界傳遞到葉綠體的策略之一，并能快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地整合信號(hào)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南掠雾憫?yīng)。

有趣的是，這項(xiàng)工作還發(fā)現(xiàn)，病原體可以劫持這種在植物細(xì)胞內(nèi)部傳遞信息的途徑。一些來(lái)自植物病毒和病原細(xì)菌的蛋白質(zhì)可以巧妙地“模仿”上述植物蛋白質(zhì)的行為。它們能與細(xì)胞膜結(jié)合，當(dāng)植物細(xì)胞感受到攻擊時(shí)，也可以移動(dòng)至葉綠體。一旦進(jìn)入葉綠體內(nèi)部，這些病原體蛋白會(huì)損害葉綠體與細(xì)胞核之間的通訊，從而阻礙植物防御反應(yīng)的激活，幫助病原體生存和繁殖。

“我們研究了超過(guò)400種不同類型的細(xì)菌、病毒對(duì)植物的影響，發(fā)現(xiàn)這些病原體進(jìn)化出了相似的策略來(lái)騙過(guò)植物。”羅莎告訴記者，這項(xiàng)研究有力證明了這條連接細(xì)胞膜和葉綠體的信號(hào)傳遞途徑在植物與微生物相互作用中起著核心作用。

中國(guó)科學(xué)院院士、作物基因組與遺傳學(xué)家韓斌介紹，病毒與植物之間的相互作用，也類似于病毒與人體細(xì)胞的互作，羅莎的研究可以登上《細(xì)胞》雜志說(shuō)明該研究也具有普遍的生物學(xué)意義，“《細(xì)胞》雜志素來(lái)偏醫(yī)學(xué)方向，而羅莎針對(duì)植物的研究，或許能在病毒的工作機(jī)制研究領(lǐng)域產(chǎn)生更廣泛的作用。”據(jù)悉，這也是中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心成立以來(lái)在《細(xì)胞》雜志上發(fā)表的第二篇論文。

近年來(lái)，真菌、細(xì)菌、病毒等多種植物病原體在全球范圍內(nèi)對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)造成了巨大損失，嚴(yán)重威脅世界糧食安全。羅莎團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究，為植物保護(hù)策略的設(shè)計(jì)和新的抗病品種的研發(fā)提供了全新思路。值得注意的是，研究還發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有病原體存在的情況下，可以增加植物對(duì)病原體的防御能力而不影響其生產(chǎn)力，從而可能達(dá)到改善植物健康和不影響植物生長(zhǎng)的雙重目的。

“一般而言，植物的產(chǎn)量和抗病之間有一種微妙平衡，抗病能力上去了，產(chǎn)量則隨之下降。但這項(xiàng)研究使得兩者可以兼得。”韓斌說(shuō)。

記者了解到，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心近年來(lái)引進(jìn)了約10名像羅莎一樣的外籍專家，他們來(lái)自美國(guó)、加拿大、希臘、西班牙、日本、韓國(guó)等不同國(guó)家，平均年齡不到40歲。以羅莎團(tuán)隊(duì)為例，這是一個(gè)包含了中國(guó)、西班牙、法國(guó)、突尼斯等不同國(guó)家研究人員的國(guó)際化團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員均由負(fù)責(zé)人羅莎本人負(fù)責(zé)招募。他們常年在分子植物卓越中心辰山園區(qū)進(jìn)行科研工作，待遇有良好的保障。

“相比之下，拋開購(gòu)買房產(chǎn)不談，僅從在滬租房和生活的角度來(lái)看，他們?cè)谏虾５拇霰仍谟?guó)或歐洲其他國(guó)家要好一些。”韓斌說(shuō)，這些外籍科學(xué)家在滬享有獨(dú)立組建團(tuán)隊(duì)的權(quán)利，還有充足的經(jīng)費(fèi)保障、研究設(shè)施供給，這也成為羅莎在滬工作5年多即能在《細(xì)胞》雜志發(fā)表學(xué)術(shù)文章的重要前提。

羅莎告訴記者，選擇到上海、中科院工作，是她職業(yè)生涯中所作出最好的選擇，“我們?cè)诔缴綀@區(qū)的團(tuán)隊(duì)，工作語(yǔ)言就是英文，中文文件和英文文件全部同步，我在上海工作一切順利。”

中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 王燁捷 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)