植物免疫防卫

《自然》综述：免疫系统未解之谜

【字体：大中小】 时间：2006年11月21日来源：生物通

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摘要：来自著名的英国诺里奇研究所(Norwich Research Park)John Innes 研究中心(John Innes Centre)，和美国北卡罗莱纳州大学微生物学和免疫学系的研究人员就植物免疫防卫系统中一些未知方面进行了综述，这加深了对植物免疫功能的了解，也对于农业，生物能源等方面具有重要意义。这一综述发表了11月16日《Nature》杂志上。

生物通报道：来自著名的英国诺里奇研究所(Norwich Research Park)John Innes 研究中心(John Innes Centre)，和美国北卡罗莱纳州大学微生物学和免疫学系的研究人员就植物免疫防卫系统中一些未知方面进行了综述，这加深了对植物免疫功能的了解，也对于农业，生物能源等方面具有重要意义。这一综述发表了11月16日《Nature》杂志上。

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文章检索：

Nature 444, 323-329 (16 November 2006)

doi:10.1038/nature05286

The plant immune system [Abstract]

正如动物和人类的抗病能力一样，植物在长期的演化过程中，形成了许多抵抗病原生物侵袭的能力和特性，其中包括植物自身的抗病性。早在100多年前，人们就观察到对植物接种致病菌及一些病菌产物可以使植物产生对相关病害的抗病作用。自20世纪50年代以来，人们陆续发现真菌、细菌、病毒可诱导烟草、蚕豆、豇豆等多种植物产生抵抗病菌的能力，近年来的研究也说明植物自身具有抗病系统。这方面的研究在植物病理学领域逐渐成为一个热点。近年来也不断涌现出这方面的科研成果。

在这篇文章中提到植物有两种天然免疫系统：一个是对常见的细菌外来分子（包括非病原菌）进行识别和作出反应；第二种则是对病原菌毒力因子——直接或间接的作用于宿主上——作出反应。由于植物没有哺乳动物的移动防卫细胞和适应性免疫反应，因此要依靠每个细胞的先天免疫力以及从感染点在植物内各处发送的信号来进行免疫。而这些过程则对于分子识别，细胞生物学和进化研究意义重大。这篇综述总结了目前植物免疫防卫系统的一些情况，并且从中发现了包括抑制病原体生长的机制在内的一些尚未清楚的问题的答案。

附：

植物的免疫防卫机制

“非主体抵抗”是植物对付病原体的最普遍的防卫形式，它所说的是当一个物种的植物中的所有成员对一个物种的病原体中的所有成员都有抵抗力时的一种抵抗情形。这种防卫形式没有像人们更熟悉的“作物特异性”防卫机制被研究的多，后者被作物育种工作者在培育抗病作物中广为采用。

“非主体抵抗”更复杂，涉及如预先形成的毒素等多种成分，或缺乏病原体所需的代谢物或信号分子。拟南芥植物（Arabidopsis）对大麦粉状霉菌病原体 Blumeria graminis有抵抗力，这种真菌的多数孢子当在拟南芥植物上产生时不能进入植物细胞。通过筛选能够克服这一障碍的少数几种突变体，Collins等人发现，两种SNARE蛋白对该植物对这种病原体的抵抗力非常重要。

SNARE蛋白是小泡“走私”中所涉及的细胞膜的有机组成部分。这第一道防线可能涉及含有抗真菌化合物的小泡向细胞膜上病原体试图进入的点的输送。如果病原体绕过这一障碍，涉及对由病原体衍生出的分子的针对性识别的第二道防线将开始发挥作用。

植物免疫系统抵抗病原体的分子机制

植物有着高效的保护自身免受细菌和真菌侵染的防御机制。在2月28日期的《自然》杂志上，研究人员揭示了植物病原体防御机

制的分子基础。这个研究结果有望用于培育出更强壮的作物。

“我们识别出植物细胞内的一个关键分子通路。”研究的主要作者、麻萨诸塞州综合医院（Massachusetts General Hospital ，MGH)分子生物学部的Jen Sheen博士说道。“我们发现如果激活叶子中的这个通路，叶子抗细菌和真菌等病原体的能力就会大大增加。”

Sheen表示，植物有着高效而复杂的免疫系统。作用类似人体肌肤的厚厚的表皮细胞壁就是它们的第一道防线。如果病原体能够穿越这道天然屏障，如通过伤口侵入细胞，病原体通常也会被植物细胞表面或内部的受体识别出来。富含亮氨酸重复单位（Leucine-rich repeat ，LRR)的受体激酶就是植物中最具代表性的病原体识别受体之一。这个受体激酶能够识别细菌病原体一个维持细菌运动的叫做鞭毛蛋白的结构。

“许多细菌病原体的鞭毛蛋白上都有一个保守区，植物因而能够通过受体激酶非常有效地识别出细菌病原体。”Sheen解释说。鉴于动植物免疫系统的高度保守性和相似性，通过LRR受体，细菌鞭毛蛋白也能够诱发哺乳动物的天然免疫应答。

当植物受体结合鞭毛蛋白后，接下来就要发生一系列复杂的细胞反应，这些反应将导致关键免疫应答基因的表达。“植物细胞中的受体引发通过转录因子激活基因表达的信号传导级联反应。”Sheen说。这些转录因子尤其可能诱发产生某些植物信号，这些信号打开更多与植物防御机制直接相关的下游基因，Sheen解释说。

整个过程是一套复杂的级联反应，Sheen和她的同事正在继续揭示其中的秘密。“我们正在研究与此级联反应有关的下游基因。最终的结果看来就是，植物能够产生多种具有抗微生物性能的蛋白、酶和化学物质等。”她说。Sheen补充说，研究的最终目标是利用研究成果对植物进行改造使之具有更强的病原体抵抗力。