植物是人類賴以生存的基礎(chǔ)。它們通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，產(chǎn)生我們必需的氧氣。然而，植物也會面對各種威脅，并受到病毒和細(xì)菌等植物病原體攻擊，導(dǎo)致生病甚至死亡。數(shù)據(jù)顯示，每年植物病原體對全球農(nóng)作物生產(chǎn)造成了巨大損失，嚴(yán)重威脅世界糧食安全。
在長期進(jìn)化中，植物已形成了一系列復(fù)雜巧妙的機(jī)制，以感知威脅，產(chǎn)生相應(yīng)防御反應(yīng)，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，并協(xié)調(diào)各種響應(yīng)。
其中，對信號的識別和響應(yīng)發(fā)生在植物細(xì)胞層面。在植物細(xì)胞表面，有一層細(xì)胞膜可將細(xì)胞內(nèi)外部環(huán)境隔離。因而，植物需要通過細(xì)胞膜感知特定分子，以了解外部潛在攻擊者的存在，并發(fā)出“警報”，將其傳遞到細(xì)胞內(nèi)部不同區(qū)室，最終到達(dá)存儲遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核，調(diào)節(jié)植物抗病基因表達(dá)。葉綠體作為植物特有光合作用的細(xì)胞器，同時也在調(diào)節(jié)植物對刺激響應(yīng)中起著核心作用，這對于植物生存至關(guān)重要。
長期以來，對于這種“警報”信息如何在細(xì)胞內(nèi)傳遞，成為科學(xué)家在植物領(lǐng)域探索的焦點。日前，我國傳來好消息，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心研究團(tuán)隊，揭示了一條連接細(xì)胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑，相關(guān)成果已發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。
該研究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，它們?nèi)绾螐募?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“逆行信號傳遞”過程，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)，激活防御以對抗入侵者。該途徑是植物細(xì)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(zhǔn)確整合信號并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南掠雾憫?yīng)。
長期以來，植物病原體及其宿主處于類似“軍備競賽”的共同進(jìn)化中。此項研究便發(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。一些來自植物病毒和細(xì)菌的蛋白質(zhì)可以巧妙“模仿”上述植物蛋白質(zhì)行為，能與細(xì)胞膜結(jié)合，當(dāng)植物細(xì)胞感受到攻擊時，也可以移動至葉綠體。一旦進(jìn)入葉綠體內(nèi)部，它們會損害葉綠體與細(xì)胞核之間的通訊，從而阻礙植物防御反應(yīng)激活，幫助自身生存繁殖。
研究還發(fā)現(xiàn)，不同類別病原體進(jìn)化出了相似策略，以達(dá)到抑制植物防御目的，有力證明了這條連接細(xì)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著核心作用。該研究為設(shè)計植物保護(hù)策略與開發(fā)新的抗病品種提供了新思路。
