清華大學(xué)、中科院Science文章揭示天然植物免疫機(jī)制
來源:生物通
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作者:admin
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發(fā)布時(shí)間: 2013-10-12
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來自清華大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所以及諾維奇科技園（Norwich Research Park）的科學(xué)家們，首次確切揭示了一種免疫受體介導(dǎo)植物對(duì)細(xì)菌天然免疫的作用機(jī)制。這項(xiàng)研究對(duì)于開發(fā)廣譜抗病作物品種具有重要的意義。研究結(jié)果發(fā)表在10月10日的《科學(xué)》（Science）雜志上。
來自清華大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所以及諾維奇科技園（Norwich Research Park）的科學(xué)家們，首次確切揭示了一種免疫受體介導(dǎo)植物對(duì)細(xì)菌天然免疫的作用機(jī)制。這項(xiàng)研究對(duì)于開發(fā)廣譜抗病作物品種具有重要的意義。研究結(jié)果發(fā)表在10月10日的《科學(xué)》（Science）雜志上。生物通 www.ebiotrade.com
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的柴繼杰（Jijie Chai）教授、韓志富（ Zhifu Han）博士和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的周儉民（Jian-min Zhou）研究員是這篇論文的共同通訊作者。柴繼杰的研究方向是生物學(xué)及藥學(xué)應(yīng)用中的重要大分子結(jié)構(gòu)與功能。周儉民研究員的主要研究方向是植物識(shí)別不同的病原微生物并激活免疫反應(yīng)的分子機(jī)理，及闡明病原微生物致病蛋白在宿主細(xì)胞內(nèi)的生化功能。
植物一生面臨著非常復(fù)雜和嚴(yán)峻的生存環(huán)境，長(zhǎng)期受到真菌、細(xì)菌和病毒的侵襲。經(jīng)過漫長(zhǎng)進(jìn)化，植物逐漸形成了一系列復(fù)雜高效的保護(hù)機(jī)制來抵御病原物的侵染。植物中抵抗外界微生物刺激所形成的系統(tǒng)被稱為植物的天然免疫系統(tǒng)，可以分為兩個(gè)層次。生物通 www.ebiotrade.com
第一個(gè)層次便是植物模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別病原相關(guān)分子模式（PAMPs），觸發(fā)病原相關(guān)分子模式觸發(fā)的免疫反應(yīng)（PTI），激活植物體中促絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路使植物產(chǎn)生早期應(yīng)答反應(yīng)。PTI適應(yīng)性較廣，可識(shí)別和響應(yīng)包括非致病菌的許多類微生物。第2個(gè)層次是病原菌產(chǎn)生效應(yīng)因子抑制基礎(chǔ)免疫響應(yīng)PTI，而植物產(chǎn)生針對(duì)性更強(qiáng)的抗性蛋白（R蛋白）識(shí)別效應(yīng)因子，并通過效應(yīng)因子觸發(fā)性免疫（ETI）來重建植物的抗性。
FLS2是存在于大多數(shù)高等植物中，對(duì)于抗菌免疫至關(guān)重要的一種植物受體，作為一種PRR，它能夠直接識(shí)別對(duì)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守N末端表位（flg22）。Flg22結(jié)合誘導(dǎo)了FLS2與BAK1異聚化及它們之間相互激活，從而觸發(fā)植物免疫反應(yīng)。生物通 www.ebiotrade.com
在這篇新文章中，研究人員報(bào)告了分辨率為3.06埃的FLS2、BAK1胞外域及flg22復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。證實(shí)FLS2螺線管內(nèi)表面的一個(gè)保守和非保守的位點(diǎn)，分別識(shí)別了flg22的C- 端和 N-端部分。而FLS2胞外域沒有寡聚化或構(gòu)象改變。除了與FLS2直接互作，BAK1還充當(dāng)了共受體識(shí)別結(jié)合FLS2的flg22的C末端。這些數(shù)據(jù)揭示了FLS2-BAK1復(fù)合物識(shí)別flg22的潛在分子機(jī)制，提供了關(guān)于免疫受體復(fù)合物激活的新認(rèn)識(shí)。
諾維奇科技園Sainsbury實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員Cyril Zipfel教授說：“植物像人類一樣，具有天然識(shí)別潛在有害細(xì)菌發(fā)動(dòng)免疫反應(yīng)的能力。我們發(fā)現(xiàn)了那樣的復(fù)雜化學(xué)關(guān)聯(lián)運(yùn)作的機(jī)制。這項(xiàng)研究讓我們獲得了在作物中操控精確抗性的新知識(shí)，為我們開辟了新的途徑，將使全球的糧食生產(chǎn)獲益。”生物通 www.ebiotrade.com
Zipfel教授補(bǔ)充說：“隨著人口的增長(zhǎng)、土地利用及氣候的改變，獲得盡可能高效的糧食生產(chǎn)顯得越來越重要。這一研究意味著我們可以開發(fā)出可對(duì)抗目前減少產(chǎn)率和食物品質(zhì)的有害細(xì)菌的免疫增強(qiáng)作物。”
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的柴繼杰（Jijie Chai）教授、韓志富（ Zhifu Han）博士和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的周儉民（Jian-min Zhou）研究員是這篇論文的共同通訊作者。柴繼杰的研究方向是生物學(xué)及藥學(xué)應(yīng)用中的重要大分子結(jié)構(gòu)與功能。周儉民研究員的主要研究方向是植物識(shí)別不同的病原微生物并激活免疫反應(yīng)的分子機(jī)理，及闡明病原微生物致病蛋白在宿主細(xì)胞內(nèi)的生化功能。
植物一生面臨著非常復(fù)雜和嚴(yán)峻的生存環(huán)境，長(zhǎng)期受到真菌、細(xì)菌和病毒的侵襲。經(jīng)過漫長(zhǎng)進(jìn)化，植物逐漸形成了一系列復(fù)雜高效的保護(hù)機(jī)制來抵御病原物的侵染。植物中抵抗外界微生物刺激所形成的系統(tǒng)被稱為植物的天然免疫系統(tǒng)，可以分為兩個(gè)層次。生物通 www.ebiotrade.com
第一個(gè)層次便是植物模式識(shí)別受體（PRRs）識(shí)別病原相關(guān)分子模式（PAMPs），觸發(fā)病原相關(guān)分子模式觸發(fā)的免疫反應(yīng)（PTI），激活植物體中促絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路使植物產(chǎn)生早期應(yīng)答反應(yīng)。PTI適應(yīng)性較廣，可識(shí)別和響應(yīng)包括非致病菌的許多類微生物。第2個(gè)層次是病原菌產(chǎn)生效應(yīng)因子抑制基礎(chǔ)免疫響應(yīng)PTI，而植物產(chǎn)生針對(duì)性更強(qiáng)的抗性蛋白（R蛋白）識(shí)別效應(yīng)因子，并通過效應(yīng)因子觸發(fā)性免疫（ETI）來重建植物的抗性。
FLS2是存在于大多數(shù)高等植物中，對(duì)于抗菌免疫至關(guān)重要的一種植物受體，作為一種PRR，它能夠直接識(shí)別對(duì)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)性極其重要的一種蛋白flagellin的高度保守N末端表位（flg22）。Flg22結(jié)合誘導(dǎo)了FLS2與BAK1異聚化及它們之間相互激活，從而觸發(fā)植物免疫反應(yīng)。生物通 www.ebiotrade.com
在這篇新文章中，研究人員報(bào)告了分辨率為3.06埃的FLS2、BAK1胞外域及flg22復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。證實(shí)FLS2螺線管內(nèi)表面的一個(gè)保守和非保守的位點(diǎn)，分別識(shí)別了flg22的C- 端和 N-端部分。而FLS2胞外域沒有寡聚化或構(gòu)象改變。除了與FLS2直接互作，BAK1還充當(dāng)了共受體識(shí)別結(jié)合FLS2的flg22的C末端。這些數(shù)據(jù)揭示了FLS2-BAK1復(fù)合物識(shí)別flg22的潛在分子機(jī)制，提供了關(guān)于免疫受體復(fù)合物激活的新認(rèn)識(shí)。
諾維奇科技園Sainsbury實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員Cyril Zipfel教授說：“植物像人類一樣，具有天然識(shí)別潛在有害細(xì)菌發(fā)動(dòng)免疫反應(yīng)的能力。我們發(fā)現(xiàn)了那樣的復(fù)雜化學(xué)關(guān)聯(lián)運(yùn)作的機(jī)制。這項(xiàng)研究讓我們獲得了在作物中操控精確抗性的新知識(shí)，為我們開辟了新的途徑，將使全球的糧食生產(chǎn)獲益。”生物通 www.ebiotrade.com
Zipfel教授補(bǔ)充說：“隨著人口的增長(zhǎng)、土地利用及氣候的改變，獲得盡可能高效的糧食生產(chǎn)顯得越來越重要。這一研究意味著我們可以開發(fā)出可對(duì)抗目前減少產(chǎn)率和食物品質(zhì)的有害細(xì)菌的免疫增強(qiáng)作物。”