当伤害来自亲人，当伤害来临时

科技日报记者 王延斌

植物如同人类，可感知环境变化并做出应激反应，问题在于当面对病虫害、干旱等环境的胁迫和伤害时，植物如何“察觉到”？又如何做出反应以保护自己？其“对症下药”的反应机制是什么？

5月4日，国际学术期刊《自然》在线发表了中美法日四国科研团队合作研究的成果，揭示了一种新的植物对抗病虫害、干旱等环境胁迫的应答机理。该期刊认为：上述重要发现突破了人们以往对植物与环境之间相互影响关系的认知，对于促进生态良性循环和粮食安全问题具有重要意义。

当危险来临时，植物如何启动抗性机制？

该项目的主导者之一山东建筑大学副教授侯书国告诉科技日报记者：“作为地球食物供给和生态环境维护的重要因素，植物经常面临包括病原菌侵染、干旱等极端环境的影响，它们能够感知环境变化并做出应激反应，保护自身免受恶劣环境影响。因此，研究植物响应环境变化的机制非常重要。”

以往研究发现，植物叶表面的气孔是植物与环境交流的重要途径。植物通过气孔吸收空气中的二氧化碳并释放氧气和水蒸气。此外，植物病菌可通过气孔侵入植物体内，并在植物体内创造一种富含水的、赖以生存的微环境。但困扰科学家们的是，始终没有搞清楚植物如何启动针对该病原菌致病方式的抗性机制。

上述科研团队发现，植物体内存在一种被称为“植物细胞因子”的小肽类信号分子，它们在植物免疫中发挥至关重要的调控作用。经过长期努力，该团队发现了一类前所未知的植物细胞因子SCREW（抗病和失水调控小植物细胞因子），并通过其解答了科研人员的疑问。

据侯书国介绍，联合团队经过长期努力，通过分析SCREW序列结构和活性、在植物体内的变化、SCREW识别及调控植物细胞、生理、生化反应等方面，详细阐述了SCREW调控植物抗病的机制。

他告诉科技日报记者：“SCREW像一把‘钥匙’，它通过植物细胞膜上的被称为NUT的受体蛋白，其像一把‘锁’，开启气孔这一扇‘门’，从而加速了植物体内水的散失。通过使植物体内病原菌‘没水喝’的方式，限制病原菌在植物体内的增殖和进一步侵染。”

植物保护自己，“SCREW-NUT”成指挥官

为了全面揭示SCREW调控植物这种抗性机制的分子基础，科研人员分析了SCREW-NUT触发的免疫反应和该通路下游信号因子。

他们发现，NUT为植物细胞膜定位的受体激酶家族蛋白，通过其胞外富含亮氨酸重复序列结构域识别SCREW。当NUT识别SCREW后。与另一个被称为BAK1的受体激酶发生聚合，从而被激活。SCREW-NUT/BAK1激活包括胞内钙离子释放、丝裂原活化蛋白激酶激活、活性氧爆发、抗病相关基因转录等免疫反应。此外，研究人员还通过遗传学手段证实SCREW和NUT对植物抵御细菌、真菌和蚜虫等是至关重要的。

此外，上述科研人员还创新性地发现，SCREW-NUT通过作用植物应激激素脱落酸信号途径调控气孔开放。脱落酸是一种植物响应干旱、高盐等非生物胁迫的核心信号分子。脱落酸能够通过诱导植物细胞内被称为ABI的磷酸酶降解，增强下游蛋白激酶OST1磷酸化，从而通过调控细胞膜上的离子通道打开诱导气孔关闭。并且，在病菌侵染早期阶段，植物通过识别微生物相关分子模式flg22诱导气孔关闭也是通过OST1。该研究揭示，SCREW-NUT能够通过诱导ABI的磷酸化，抑制OST1磷酸化和离子通道打开，从而抑制flg22和脱落酸诱导的气孔关闭。

此外，科研人员还发现，SCREW-NUT广泛存在于各种陆地植物中，这凸显了SCREW-NUT在调控植物响应环境胁迫中的重要地位。研究人员推测，SCREW-NUT的重要地位不仅仅局限于植物抗病性，同时还对植物调控光合和呼吸效率、蒸腾速率等发挥重要作用。这些作用对我们现代农业发展和生态环境治理都具有重要意义。

据悉，侯书国副教授团队长期从事植物与环境互作的分子生物学研究。该团队与美国德州农工大学何平教授、单立波教授，清华大学柴继杰教授、山东大学张伟教授等团队合作，创新性地提出了分泌肽作为植物先天免疫重要的调控因子，在揭示植物先天免疫分子机理方面作出了突出的贡献，研究成果在《自然》《自然-通讯》等期刊发表。

图1：植物细胞因子SCREW1的鉴定及活性分析

图2：SCREW1调控植物免疫

图3：SCREW1通过受体激酶NUT调控植物免疫

文中图片由受访者提供​​​

编辑：王宇

审核：朱丽