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发布日期：2024-08-07 作者：开云
5月15日，中国科学院份子植物科学出色立异中间（以下简称份子植物出色中间）研究员王二涛团队、张余团队和何祖华团队在水稻免疫机制研究上获得了重年夜冲破，并发现了植物卵白泛素化的新机制。相干研究颁发在《天然》。
“这是一个很是有份子植物出色中间特点的工作。”中国科学院院士何祖华强调，“一方面，我们展开的根本研究常常同国度需求相连系；另外一方面，研究所分歧尝试室之间的交换很是慎密，经由过程多科学合作，配合‘啃下’硬骨头，解决主要科学问题。”
十年时候探访植物均衡之道
“除经由过程根直接接收营养，年夜部门植物还会在‘小火伴’的帮忙下接收泥土中的营养。”王二涛告知《中国科学报》。
丛枝菌根菌就是这里提到的“小火伴”，可以或许与植物的根部发生共生体——丛枝菌根。在菌根共生中，植物把光合感化产品以脂肪酸（王二涛团队的重年夜发现）等情势传递给真菌的同时，经由过程菌根从泥土获得磷、氮等营养成份。
值得留意的是，丛枝菌根菌同稻瘟病菌均属在真菌界，尔后者会对水稻造成扑灭性病害。两类真菌的细胞概况都笼盖着一种名为几丁质的多聚糖类物资，共生菌根真菌经由过程释放年夜量短链几丁质，“告知”植物为成立共生关系做预备；而病原菌“泄漏”的长链几丁质，则“警示”植物激活免疫反映抵抗风险。
王二涛团队在前期研究中发现，水稻细胞概况的要害受体卵白OsCERK1可以或许领受来自在真菌的旌旗灯号，特异性介导植物的共生或免疫反映。假如OsCERK1在植物体内表达量过量，将激发过度的免疫反映，阻碍植物与互惠菌根的共生，影响植物的发展发育。
OsCERK1为何可以同时介入水稻的抗病和根菌的共生进程？是若何成立起二者之间的均衡关系的？
从2013年插手份子植物出色中间的第一天最先，王二涛就最先试图去解答这些问题。
“我的第一批学生做的课题就和OsCERK1相干。”曩昔十余年间，王二涛和学生们环绕OsCERK1展开了系列工作，逐步厘清了抗病和共生之间的关系。此次，他和合作者综合操纵遗传、份子、生化和布局生物学等方式，说明了植物协同调理免疫、共生和发展发育的份子机制。
王二涛指出：“我们发现了OsCERK1的一个新伴侣OsCIE1，它是一种E3泛素毗连酶。”在没有病原菌侵染时，OsCIE1可以或许按捺OsCERK1的活性，避免免疫过度激活——就像在红灯时踩下汽车的刹车，避免产生不测。
而当水稻面对病原真菌入侵时，OsCERK1经由过程将磷酸基团份子添加至OsCIE1卵白概况的要害区域，把“刹车”松开。此时，植物的免疫旌旗灯号通路被激活，从而反抗病原菌的侵染。
为了进一步领会“刹车”是若何制动的，王二涛团队同张余团队展开合作，解析了卵白布局。成果发现，Ser237是节制OsCIE1“刹车”松紧的要害位点，当该位点被磷酸化润色时，OsCERK1被不再被“束厄局促”，积极抵抗病原菌。
由OsCIE1介导的泛素卵白“制动器”调控OsCERK1共出产量/免疫均衡的机制示意图。图片由研究组供给
“挑战传统不雅点”
“这实际上是我的第一个课题。”论文一作之1、王二涛研究组的博士后王钢是2014年插手团队的。从博士研究生到行将出站，他坦言“十年间走了很多弯路、犯了良多毛病。”
课题早期，王钢发现OsCIE1对OsCERK1可以或许起到调控感化，但受限在那时还未成立起成熟的尝试系统，突变体表型不不变。
“OsCIE1在植物体内是有冗余的，后来我们把两个基因都突变失落，才表示出很强的免疫自激活表型。”王钢注释道。
水稻的双突变体中，细胞坏死较着加强，同时过度的免疫反映致使植物没法在室外的农田中发展。自此，王钢终究放下心，肯定OsCIE1是一个免疫负调控因子。
但新的挑战又来了。
作为一种泛素毗连酶，OsCIE1经由过程对方针卵白进行泛素化润色，从而起到调控感化。泛素化是一种常见的卵白润色体例，在以往认知中，卵白一旦被打上“泛素”的标签，就会迎来被降解的命运。
但是，王钢破费了两年时候，测验考试了各类尝试方式，OsCERK1被OsCIE1泛素化后就是不降解。“此刻回过甚来看，我们一向在挑战传统的不雅点，所以必需拿到很是严谨的证据，才能把课题继续推动下去。”
在王二涛的鼓动勉励下，王钢和其合作者决议去找寻调控的新路径，进而发现泛素化后，OsCERK1的激酶活性被按捺。
王二涛暗示：“在植物中，这是第一次有确实的证据证实多聚泛素化会按捺激酶活性，应当是泛素化范畴比力主要的一个工作。”
面向“绿色农业出产”
今朝，我国水稻出产首要面对两年夜挑战：发展进程中过度依靠化学农药，对情况和食物平安组成严重要挟；因为对磷、氮等营养元素的庞大需求，致使过度施肥，严重污染情况。
王二涛介绍：“斟酌到OsCERK1在开云体育app节制水稻菌根共生中的感化，我们可让植物更高效地接收营养物资，从而削减化肥的利用，鞭策绿色农业出产。”
2015年，王二涛团队第一次在水稻中发现了OsCERK1基因对菌根共生的主要感化。今朝，团队的合作者江西省农业科学院研究员黄仁良经由过程杂交的方式，获得了菌根共生效力高的新型水稻“赣菌稻1号”。
“这是世界上第一例菌根共生水稻在农业中的利用，施肥量下降了20-50%的环境下，水稻产量未遭到影响。”王二涛弥补。今朝，团队正在玉米、小麦等植物中摸索OsCERK1的利用价值。
“利用价值可以从根本的科学问题中‘冒’出来。”中国科学院院士、份子植物出色中间主任韩斌认为，“这项研究从份子层面说明了植物抗病和共生之间的均衡，未来可以再针对性地对植物进行革新，不竭向利用拓展。”
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07418-9
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