SCREW像一把鑰匙，植物細(xì)胞膜上被稱為NUT的受體蛋白像一把鎖，“鑰匙”打開(kāi)“鎖”后，便開(kāi)啟了氣孔這扇“門”，從而加速了植物體內(nèi)水的散失。通過(guò)這種讓病原菌“沒(méi)水喝”的方式，限制其在植物體內(nèi)的增殖和進(jìn)一步侵染。

　　植物和人類一樣，可感知環(huán)境變化并做出應(yīng)激反應(yīng)，但是當(dāng)面對(duì)病害時(shí)，植物是如何“察覺(jué)到”并做出反應(yīng)保護(hù)自己的？其反應(yīng)機(jī)制到底是什么？

　　近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了中美法日四國(guó)科研團(tuán)隊(duì)合作研究的成果，揭示了植物對(duì)抗病害的一種新的應(yīng)答機(jī)理。該期刊認(rèn)為，上述重要發(fā)現(xiàn)突破了人們以往對(duì)植物與環(huán)境之間相互影響關(guān)系的認(rèn)知，對(duì)于促進(jìn)生態(tài)良性循環(huán)和保障糧食安全具有重要意義。

　　植物靠加速水分流失抑制病原菌增殖

　　該研究的主導(dǎo)者之一、山東建筑大學(xué)副教授侯書國(guó)告訴科技日?qǐng)?bào)記者：“作為地球食物供給和生態(tài)環(huán)境維護(hù)的重要因素，植物能夠感知環(huán)境變化并做出應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)自身免受惡劣環(huán)境影響。因此，研究植物響應(yīng)環(huán)境變化的機(jī)制非常重要。”

　　以往研究發(fā)現(xiàn)，植物葉片表面的氣孔是其與環(huán)境交流的重要途徑。植物的氣孔一般白天開(kāi)啟晚上關(guān)閉，它們通過(guò)氣孔吸收空氣中的二氧化碳并釋放氧氣和水蒸氣。病菌也可以在氣孔開(kāi)啟時(shí)通過(guò)氣孔侵入植物體內(nèi)，并在植物體內(nèi)創(chuàng)造一種富含水的、賴以生存的微環(huán)境。但困擾科學(xué)家們的是，他們始終沒(méi)有搞清楚植物如何啟動(dòng)針對(duì)病原菌的抗性機(jī)制。

　　聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，植物體內(nèi)存在一種前所未知的植物細(xì)胞因子——抗病和失水調(diào)控小植物細(xì)胞因子（SCREW），它們?cè)谥参锩庖咧邪l(fā)揮著至關(guān)重要的調(diào)控作用。

　　據(jù)侯書國(guó)介紹，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力，通過(guò)分析SCREW序列結(jié)構(gòu)、活性以及在植物體內(nèi)的變化，了解了SCREW如何在植物細(xì)胞生理、生化反應(yīng)中進(jìn)行調(diào)控后，詳細(xì)闡述了其調(diào)控植物抗病的機(jī)制。

　　他說(shuō)：“SCREW像一把鑰匙，植物細(xì)胞膜上被稱為NUT的受體蛋白像一把鎖，‘鑰匙’打開(kāi)‘鎖’后，便開(kāi)啟了氣孔這扇‘門’，從而加速了植物體內(nèi)水的散失。通過(guò)這種讓病原菌‘沒(méi)水喝’的方式，限制病原菌在植物體內(nèi)的增殖和進(jìn)一步侵染�！�

　　植物細(xì)胞因子與受體蛋白攜手“抗敵”

　　為了全面揭示SCREW如何調(diào)控植物的抗性機(jī)制，科研人員分析了NUT與SCREW識(shí)別后觸發(fā)的免疫反應(yīng)和該免疫通路下游信號(hào)因子。

　　他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，NUT為植物細(xì)胞膜定位的受體激酶家族蛋白，是通過(guò)其胞外富含的亮氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域來(lái)識(shí)別SCREW的。當(dāng)NUT識(shí)別SCREW后，可以與另一個(gè)被稱為BAK1的受體激酶發(fā)生聚合，從而被激活。該機(jī)制可激活胞內(nèi)鈣離子釋放、活性氧爆發(fā)、抗病相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄等免疫反應(yīng)。此外，研究人員還通過(guò)遺傳學(xué)手段證實(shí)了SCREW和NUT對(duì)植物抵御細(xì)菌、真菌和蚜蟲(chóng)起到了至關(guān)重要的作用。

　　同時(shí)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的科研人員還創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)，NUT與SCREW可通過(guò)改變植物應(yīng)激激素脫落酸信號(hào)途徑來(lái)調(diào)控氣孔開(kāi)放。脫落酸是一種植物響應(yīng)干旱、高鹽等非生物脅迫的核心信號(hào)分子。脫落酸能夠通過(guò)誘導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)被稱為ABI的磷酸酶降解，增強(qiáng)下游蛋白激酶（OST1）磷酸化，從而通過(guò)調(diào)控細(xì)胞膜上的離子通道打開(kāi)，誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。并且在病菌侵染早期階段，植物也是通過(guò)OST1識(shí)別微生物相關(guān)分子模式，實(shí)現(xiàn)flg22（一種多肽）誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉。該研究揭示，SCREW與NUT能夠通過(guò)誘導(dǎo)ABI的磷酸化，抑制OST1磷酸化和離子通道打開(kāi)，從而抑制flg22和脫落酸誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉。

　　此外，科研人員還發(fā)現(xiàn)，SCREW與NUT廣泛存在于各種陸地植物中，這凸顯了它們?cè)谡{(diào)控植物響應(yīng)環(huán)境脅迫中的重要地位。研究人員推測(cè)，SCREW與NUT的重要地位不僅僅局限于植物抗病性，同時(shí)還對(duì)植物調(diào)控光合和呼吸效率、蒸騰速率等發(fā)揮著重要作用。這些作用對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境治理都具有重要意義。