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发现了植物免疫反应的蓝图

华盛顿州立大学的研究人员已经发现植物对致病微生物的反应方式,以及它们如何保护自己,为疾病或害虫的抗病育种带来潜在突破。

结果发表在植物生理学杂志上,描述了植物如何对感染或外部实体造成的损伤释放的分子产生反应。该论文显示了腺苷5-三磷酸(ATP)(DNA的一部分和细胞中的能量产生)如何成为外部细胞受损或感染的信号。该信号触发植物的防御反应。

“我们找到了连接ATP与保护植物的植物细胞反应的途径,”生物化学研究所WSU教授David Gang说。

WSU植物病理学助理教授Kiwamu Tanaka表示,这背后的科学是令人兴奋的,但对社会的重大影响将来自未来对这些信息的使用。

“这是植物免疫系统如何运作的蓝图,”田中说。“在某些方面,即使是最具创新性的育种计划仍然在黑暗中摸索以建立抵抗力。但如果你有蓝图,你可以更快地达到目标。”

Gang将其与人们对汽车的共同经验进行了比较。

“如果你的车不能正常工作,你经常不得不把它带到机修工,因为汽车现在非常复杂,”他说。“他们将汽车插入传感器并迅速看到问题。如果我这样做,我必须猜测并希望我做对了。这就是传统育种的方式,他们的大部分工作都具有挑战性,因为他们必须工作有这么多复杂的潜在解决方案。现在他们将有一个原理图来消除大量的努力。“

做科学

为了找到正确的途径,研究小组使用野生植物以及在植物防御的主要途径中改变的植物。科学家们将在修改后的样本中触发ATP响应,以跟踪信号到受体的路径,然后在其他样本中重现该信号。华盛顿大学博士后研究员和论文的主要作者杰里米杰威尔说,这是耗时的科学,收入很高。

“这就好像在一个装满它们的大碗里面一条面条,”杰威尔说。“细胞外ATP通过这些主要的防御途径转向防御反应,部分独立于它们,但所有这些链都在一起工作。当我们在这种免疫途径中发现新的参与者时,这是一种很棒的感觉。”

ATP如何运作

田中说,ATP是一种生命必需的能量分子。它在细胞内部得到了很好的研究和理解。但是当ATP在生物体内的细胞外时,它会发生根本性的变化。

“细胞外ATP是对周围细胞的损伤信号,”Tanaka说。“当某些东西被破坏时,ATP仅在细胞外,因此它是免疫反应的完美触发因素。”

接受损伤信号ATP的受体于2014年被发现,但直到现在,科学家还不知道这种信号如何在植物中引起免疫反应。

“未来的植物育种现在可以在了解这些途径的基础上增加植物防御或抗性,”Gang说。“如果只需要特定的防御,它们可以通过开启整个免疫系统来加快反应速度,或者不浪费能量。这对于帮助植物和作物来说非常不可思议。”

资金支持来自国家科学基金会(IOS-1557813)。

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