记者2月13日从西湖大学获悉，该校未来产业研究中心、生命科学学院柴继杰团队首次揭示了双子叶植物中TNL类抗病蛋白产生的免疫信号分子，通过结合并改变下游复合物蛋白的形态结构，进而激活辅助蛋白的分子机制。这一发现不仅深化了科学家对植物免疫系统的理解，也为未来开发高产稳产的抗病作物品种提供了重要的理论依据。相关研究成果日前在线刊发在《自然》期刊。
“植物作为生态系统的重要组成部分，长期与病原微生物共存并进化出了复杂的免疫系统。”柴继杰解释道，植物的免疫系统分为两道防线：第一道是位于细胞膜上的模式识别受体，其能够广泛识别病原菌的保守分子模式，启动广谱性免疫反应；第二道是位于细胞内的核苷酸结合和富含亮氨酸重复受体，其能够特异性识别病原菌分泌的效应蛋白，启动更为强烈的免疫反应，例如局部细胞死亡以限制病原菌扩散。
柴继杰团队此次观测的抗病蛋白属于第二道防线。“TNL类抗病蛋白是双子叶植物中一类重要的免疫蛋白，能够感知病原菌入侵并启动免疫反应。”柴继杰介绍，研究发现，当病原菌突破植物的第一道防线后，TNL蛋白会被特定的效应因子激活进而聚合成四聚化的“抗病小体”，并产生多种免疫信号分子。这些信号分子能够与特定复合物结合，使复合物蛋白的构象发生变化，进而激活下游的辅助蛋白。
研究团队通过冷冻电镜技术解析了与辅助蛋白结合的复合物结构，发现这个三元复合物(ESA)能够进一步寡聚化，形成具有钙离子通道活性的“抗病小体”，从而引发植物受侵染部位的组织坏死（超敏反应），以限制病原菌的扩散。此外，研究还发现另一类被激活的辅助蛋白在免疫调控中扮演了“刹车”角色。它们通过竞争结合感应了免疫信号的特定复合物，来抑制ESA介导的植物免疫反应，确保植物在抵抗病原菌的同时维持正常生长。
“这一发现揭示了植物免疫系统的精细调控机制，为防治植物病虫害提供了详细靶标和专业依据。科学家有望据此对植物免疫系统进行更精细化的调控，开发出具有更高抗病能力且高产稳产的优质农作物，来进一步助力解决粮食安全问题。”柴继杰表示。
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