在自然生态系统和现代农业生产中，各种病原微生物侵染导致的植物病害给全球粮食安全带来了巨大挑战。近年来，随着人们对化学药剂危害的认识愈发深刻，科学家们逐渐将研究重点聚焦于动植物本身的生物特性，以求寻找到更加环保、高效的植物病害防治手段。
3月11日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳研究团队在国际学术期刊《自然》上发表最新研究成果，不仅揭开了植物不同免疫系统间的亲密关系，建立了新的植物免疫系统架构模型，而且为后续通过整合植物双层免疫系统来培育优良持久抗病的农作物品种提供了新思路。
据介绍，植物在与病原菌长期“博弈”的过程中，进化出了免疫系统。为了抵抗病原菌的入侵，植物细胞内以及细胞外的受体蛋白会识别不同的病原菌来源分子，从而触发植物的两层免疫系统，PTI和ETI。而这两层免疫系统中，不同免疫受体识别不同的病原菌来源的分子，而且免疫受体激活的机制有很大不同。之前绝大多数植物免疫领域的研究都是将两条免疫通路作为两个独立平行的免疫分支，来分别寻找两个通路中的重要元件及其如何调控植物的防御反应，但这两层免疫系统之间的关系一直以来尚不清楚。
那么，PTI和ETI这两层免疫系统之间究竟有何关系?沿着这一思路，这支平均年龄不超过26岁的青年研究团队潜心研究三年多，终于解答了这一重要科学问题。他们发现，植物两大类免疫系统并不是独立发挥功能，而是存在相互放大的协同作用，从而保障植物在应对病原菌的入侵时能够输出持久且强烈的免疫响应。
研究发现在第一层免疫系统PTI缺失的植物中，也很大程度丧失了由第二层免疫系统ETI介导的植物抗病能力。“这一现象表明植物的PTI免疫系统相对于ETI免疫系统不可或缺。”辛秀芳说。
经过进一步科研攻关，研究团队发现第一层免疫系统对激活第二层免疫系统输出正常的免疫反应，尤其是在调控活性氧的产生方面起有重要作用。据介绍，活性氧作为能够直接杀死病原菌的分子及放大植物其他免疫事件的信号，对植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。而该研究恰巧揭示了植物两层免疫系统通过精密地分工合作来实现活性氧的大量产生，其中ETI免疫系统负责增强活性氧合成酶RBOHD蛋白的表达，而PTI免疫系统促进RBOHD蛋白完全激活，二者缺一不可。
辛秀芳告诉记者，这一精巧的合作机制能够保障植物在面临病原菌的侵染时，快速准确地输出足够的免疫响应，同时在植物面临不同微生物(如非致病或致病力弱的微生物)时，避免过度的免疫输出，从而确保植物平衡生长和环境胁迫的抗性反应。
这项研究还发现植物的ETI免疫系统可以通过增强PTI免疫系统中核心蛋白组分的表达，从而放大PTI免疫系统，诱导其更加持久的免疫输出。因此，PTI和ETI两大免疫系统相辅相成，为植物在应对病原菌入侵时激发强烈而持久的免疫反应提供了有力保障。(吴红梅 王春)
