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【中國青年報】病毒如何“騙過”植物并入侵 中科院國際團隊揭示“病毒騙術”

2020-08-26 中國青年報 王燁捷
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  為什么植物會被病毒、細菌侵襲?病毒、細菌是如何“騙過”植物自身的防御體系的?如何在保證植物產量不減少的情況下還能增強抵抗力?北京時間8月24日晚23時,中國科學院植物科學卓越創新中心上海植物逆境生物學研究中心的外籍科學家羅莎·洛薩諾-杜蘭(Rosa Lozano Duran)團隊在《細胞》上發表論文,揭示了一條連接細胞膜和葉綠體的重要信號傳遞途徑。

  植物細胞表面有一層細胞膜,可以將細胞內部與外部環境相隔離,而細胞膜外側是潛在病原體接觸的重要產所。因而,植物需要通過細胞膜感知特定的分子以了解潛在攻擊者的存在,并發出“警報”。而這些“警報”必須傳遞到細胞內部,到達包括葉綠體在內的不同細胞區室。葉綠體為植物特有的、進行光合作用的細胞器,同時也在調節植物對刺激響應中起著核心作用。這些“警報”信號最終到達存儲遺傳物質的細胞核,調節植物抗病基因表達 。盡管對于植物的生存至關重要,但迄今為止,這種“警報”信息如何在細胞內傳遞尚不完全清楚。

  羅莎團隊的文章報道了一些植物蛋白如何與細胞膜相關聯,并在感知病原體存在時,它們又如何從細胞膜轉移至葉綠體內部,“警告”葉綠體有威脅存在。緊接著,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,激活防御以對抗入侵者。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,并能快速、及時、準確地整合信號并產生適當的下游響應。

  有趣的是,這項工作還發現,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病原細菌的蛋白質可以巧妙地“模仿”上述植物蛋白質的行為。它們能與細胞膜結合,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,這些病原體蛋白會損害葉綠體與細胞核之間的通訊,從而阻礙植物防御反應的激活,而幫助病原體的生存和繁殖。

  “我們研究了超過400種不同類型的細菌、病毒對植物的影響,發現這些病原體進化出了相似的策略來騙過植物。”羅莎告訴記者,這項研究有力證明了這條連接細胞膜和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。

  中國科學院院士、作物基因組與遺傳學家韓斌介紹,病毒與植物之間的相互作用,也類似于病毒與人體細胞的互作,羅莎的研究可以登上《細胞》雜志說明該研究也具有普遍的生物學意義,“《細胞》雜志素來偏醫學方向,而羅莎針對植物的研究,或許能在病毒的工作機制研究領域產生更廣泛的作用。”據悉,這也是中科院分子植物科學卓越創新中心成立以來在《細胞》雜志上發表的第二篇論文。

  近年來,真菌、細菌、病毒等多種植物病原體在全球范圍內對農作物生產造成了巨大損失,嚴重威脅世界糧食安全。羅莎團隊的這項研究,為植物保護策略的設計和新的抗病品種的研發提供了全新新思路。值得注意的是,研究還發現,在沒有病原體存在的情況下,可以增加植物對病原體的防御能力而不影響其生產力,從而可能達到改善植物健康和不影響植物生長的雙重目的。

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

  記者了解到,中科院分子植物科學卓越創新中心近年來引進了約10名像羅莎一樣的外籍專家,他們來自美國、加拿大、希臘、西班牙、日本、韓國等不同國家,平均年齡不到40歲。以羅莎團隊為例,這是一個包含了中國、西班牙、法國、突尼斯等不同國家研究人員的國家化團隊,團隊成員均由負責人羅莎本人負責招募。他們常年在分子植物卓越中心辰山園區進行科研工作,在上海工作、生活待遇得到良好保障。

  “相比之下,拋開購買房產不談,僅從在滬租房和生活的角度來看,他們在上海的待遇比在英國或歐洲其他國家要好一些。”韓斌說,這些外籍科學家在滬享有獨立組建團隊的權利,還有充足的經費保障、研究設施供給,這也成為羅莎在滬工作5年多即能在《細胞》雜志發表學術文章的重要前提。

  羅莎告訴記者,選擇到上海、到中科院工作,是她職業生涯中所作出的最好的一次選擇,“我們在辰山園區的團隊,工作語言就是英文,中文文件和英文文件全部同步,我在上海工作一切順利。”

打印 責任編輯:董凱悅

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