中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所提出葉綠體免疫是植物防御基石的重要觀點

　　近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團隊對繼分子模式觸發(fā)的免疫（Pattern-Triggered Immunity，PTI）和效應(yīng)子觸發(fā)的免疫（Effector-Triggered Immunity，ETI）之后的植物核心防御模塊-葉綠體免疫進行了總結(jié)，提出了葉綠體免疫是植物防御基石（“Chloroplast immunity: a cornerstone of plant defense”）的重要觀點，相關(guān)論文在線發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》（IF=27.5）上。該文提供了葉綠體免疫特征的實驗證據(jù)、系統(tǒng)總結(jié)了葉綠體免疫領(lǐng)域最新的研究進展并分析了其在植物免疫中的核心地位，同時提出了葉綠體免疫中諸多未解決的問題，為進一步深入研究植物免疫研究提供了新思路。

 

　　植物免疫系統(tǒng)通常被認為具有兩層結(jié)構(gòu)，第一層是通過模式識別受體（PRRs）感知入侵病原體并引發(fā)的PTI反應(yīng)。PTI反應(yīng)包括改變鈣離子水平、產(chǎn)生活性氧（ROS）、植物激素信號傳導(dǎo)、蛋白激酶級聯(lián)反應(yīng)以及防御基因的表達。第二層是由抗性蛋白受體NLR介導(dǎo)的ETI系統(tǒng)，ETI能引發(fā)更強的免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)細胞死亡，將病原物限制在死亡的細胞里，但PTI和ETI通常誘導(dǎo)重疊的防衛(wèi)反應(yīng)，并依賴于相似基因集的轉(zhuǎn)錄激活，兩者相互加強以激活更強烈的防御反應(yīng)，加固植物的免疫。

 

　　葉綠體不僅是光合作用和初級代謝的細胞器，還能產(chǎn)生多種防御信號分子，在植物免疫中扮演著核心角色。葉綠體作為環(huán)境傳感器和信號中心，與細胞膜和細胞核之間存在直接聯(lián)系。病原體感染后，葉綠體基質(zhì)向外凸起形成基質(zhì)小管（Stroma-filled tubule, Stromule）向細胞核傳遞信號?；|(zhì)小管對植物免疫至關(guān)重要，它的形成需要KIS1蛋白的參與，KIS1在NLR介導(dǎo)的抗病毒和抗細菌免疫中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，過表達KIS1促進Stromule的持續(xù)形成和核周葉綠體聚集（Perinuclear chloroplast clustering，PCC），PCC是植物應(yīng)對病原體威脅的一種普遍免疫反應(yīng)，而病原體也可以通過抑制PCC來促進感染。因此，葉綠體在植物免疫中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。隨著葉綠體參與的免疫途徑被不斷發(fā)掘，葉綠體已被認為是植物細胞內(nèi)免疫信號的核心樞紐，同時也是病原物的重要靶標，對葉綠體免疫的研究已成為國際熱點。

 

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所碩士生劉杰、博士后龔攀、博士生盧若濱為論文的共同第一作者，周雪平教授和李 方方研究員為論文通訊作者，圖賓根大學(xué)Rosa Lozano-Duran教授參與了該項工作，加州大學(xué)伯克利分校Andrew O. Jackson對該綜述給與了重要指導(dǎo)，論文撰寫過程中還得到了清華大學(xué)齊天從副教授、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心萬里研究員和加州大學(xué)戴維斯分校Savithramma P. Dinesh-Kumar教授的大力幫助。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金支持。

 

　　論文鏈接： https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38509708/