植物病原体威胁粮食安全，研究团队揭示植物受攻击时如何自卫

遭遇病原体攻击时，植物细胞如何传递信号？

2020年8月24日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海植物逆境生物学研究中心Rosa Lozano Duran研究团队在国际著名学术期刊《细胞》上发表论文，在植物抗病信号途径方面取得重大发现。

植物是地球上几乎所有生命的基础，它们通过光合作用将太阳能转化为化学能，并产生我们赖以生存的氧气。然而植物也需要面对来自周围的各种威胁，会受到包括植物病原体（例如病毒和细菌）的攻击，使植物生病甚至死亡。

真菌、细菌、病毒等多种植物病原体在全球范围内对农作物生产造成了巨大损失，严重威胁世界粮食安全。

幸好，在长期进化过程中，植物已形成一系列复杂且巧妙的机制来感知来自病原体的威胁，并产生相应的防御反应，从而阻止或消除病原体的入侵。

植物需要通过细胞膜感知特定的分子以了解潜在攻击者的存在，并发出“警报”。而这些“警报”必须传递到细胞内部，到达包括叶绿体在内的不同细胞区室。叶绿体为植物特有的，进行光合作用的细胞器，同时也在调节植物对刺激响应中起着核心作用。这些“警报”信号最终到达存储遗传物质的细胞核，调节植物抗病基因表达 。

尽管这对于植物的生存至关重要，但迄今为止，这种“警报”信息如何在细胞内传递尚不完全清楚。

中科院研究团队在学术期刊《细胞》上发表的论文，揭示了一条连接细胞膜和叶绿体的重要信号传递途径。

文章揭示了一些植物蛋白如何与细胞膜相关联，并在感知病原体存在时，它们又如何从细胞膜转移至叶绿体内部，“警告”叶绿体有威胁存在。紧接着，叶绿体通过“逆行信号传递”过程，将这些信息传递至细胞核，从而调节抗病基因表达，激活防御以对抗入侵者。该途径是植物细胞将危险信号从外界传递到叶绿体的策略之一，并能快速、及时、准确地整合信号并产生适当的下游响应。

植物病原体及其宿主长期处于类似于“军备竞赛”的共同进化中。

有趣的是，这项工作还发现，病原体可以劫持这种在植物细胞内部传递信息的途径。一些来自植物病毒和病原细菌的蛋白质可以巧妙地“模仿”上述植物蛋白质的行为。它们能与细胞膜结合，当植物细胞感受到攻击时，也可以移动至叶绿体。

一旦进入叶绿体内部，这些病原体蛋白会损害叶绿体与细胞核之间的通讯，从而阻碍植物防御反应的激活，而帮助病原体的生存和繁殖。这项工作发现，不同类别的病原体进化出相似的策略来利用这种植物途径，达到抑制植物防御的目的，有力证明了这条连接细胞膜和叶绿体的信号传递途径在植物与微生物相互作用中起着核心作用。

这种新途径的发现为设计植物保护策略和开发新的抗病品种提供了新思路。