第一作者中科院外籍科學(xué)家揭示病毒如何“騙過”植物并入侵的

揭示病毒的“騙術(shù)”

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(chǎn)量不減少的情況下還能增強抵抗力？北京時間8月24日23時，中國科學(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)團隊在《細胞》上發(fā)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(nèi)部與外部環(huán)境相隔離，而細胞膜外側(cè)是潛在病原體接觸的重要產(chǎn)所。因而，植物需要通過細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”。而這些“警報”必須傳遞到細胞內(nèi)部，到達包括葉綠體在內(nèi)的不同細胞區(qū)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(diào)節(jié)植物對刺激響應(yīng)中起著核心作用。這些“警報”信號最終到達存儲遺傳物質(zhì)的細胞核，調(diào)節(jié)植物抗病基因表達。盡管對于植物的生存至關(guān)重要，但迄今為止，這種“警報”信息如何在細胞內(nèi)傳遞尚不完全清楚。

羅莎團隊的文章揭示了一些植物蛋白如何與細胞膜相關(guān)聯(lián)，并在感知病原體存在時，它們又如何從細胞膜轉(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胞核，從而調(diào)節(jié)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(zhǔn)確地整合信號并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南掠雾憫?yīng)。

有趣的是，這項工作還發(fā)現(xiàn)，病原體可以劫持這種在植物細胞內(nèi)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(zhì)可以巧妙地“模仿”上述植物蛋白質(zhì)的行為。它們能與細胞膜結(jié)合，當(dāng)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(nèi)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(yīng)的激活，幫助病原體生存和繁殖。

“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(fā)現(xiàn)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(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(xué)意義，“《細胞》雜志素來偏醫(yī)學(xué)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(lǐng)域產(chǎn)生更廣泛的作用?！睋?jù)悉，這也是中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心成立以來在《細胞》雜志上發(fā)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(nèi)對農(nóng)作物生產(chǎn)造成了巨大損失，嚴(yán)重威脅世界糧食安全。羅莎團隊的這項研究，為植物保護策略的設(shè)計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(chǎn)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(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。但這項研究使得兩者可以兼得?！表n斌說。

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際化團隊，團隊成員均由負責(zé)人羅莎本人負責(zé)招募。他們常年在分子植物卓越中心辰山園區(qū)進行科研工作，待遇有良好的保障。

“相比之下，拋開購買房產(chǎn)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?！表n斌說，這些外籍科學(xué)家在滬享有獨立組建團隊的權(quán)利，還有充足的經(jīng)費保障、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，“我們在辰山園區(qū)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?！?/p>

中青報·中青網(wǎng)記者 王燁捷 來源：中國青年報