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奕梵

自从植物存在免疫系统这一现象被两位科学家JefferyLeeDangl和JonathanDallasGeorgeJones盖棺定论之后(Nature,)，植物免疫学这一学科蓬勃发展，植物免疫领域涌现出了一系列重要成果。长期以来，大多数植物免疫领域的研究都是将PTI(Pattern-TriggeredImmunity)和ETI(Effector-TriggeredImmunity)两条免疫通路作为两个独立平行的免疫分支，但随着研究的广泛和深入，以PTI和ETI为基础的两条主线从泾渭分明变得交叉模糊，但这两层免疫系统之间的具体关系一直以来尚不清楚，这也成为了植物免疫领域尚待解决的重要科学问题之一。

年3月11日，Nature背靠背发表的两项研究成果很好的解答了这一重要科学问题，揭示了植物两大类免疫通路PTI和ETI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。两篇论文分别为中国科学院分子植物科学卓越创新中心辛秀芳团队完成的题为Pattern-recognitionreceptorsarerequiredforNLR-mediatedplantimmunity的论文和英国塞恩斯伯里实验室（TheSainsburyLaboratory）JonathanJone团队完成的题为Mutualpotentiationofplantimmunitybycell-surfaceandintracellularreceptors的论文。

植物在与病原菌长期“博弈”的过程中，进化出了PTI和ETI两层免疫系统。植物通过细胞膜表面的受体蛋白（surface-localizedpattern-recognitionreceptors,PRRs）识别病原菌所携带的一些分子，从而激活植物的第一层免疫系统PTI，来抵抗病原菌的入侵。作为对策，成功入侵的病原菌会向植物细胞内分泌一类毒性蛋白，从而反过来攻击植物的免疫系统，以利于其侵染植物。然而，植物会通过细胞内的另外一类受体蛋白（nucleotide-binding,leucine-richrepeatreceptors,NLRs）感知病原菌的一些毒性蛋白，从而触发植物的第二层免疫系统ETI，激活更强烈的免疫反应来抵抗病原菌的攻击。

辛秀芳团队研究发现,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免疫系统对ETI免疫系统不可或缺。进一步研究发现，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。活性氧作为能够直接杀死病原菌的分子及放大植物其它免疫事件的信号，对植物抵抗病原菌的入侵具有重要作用。该研究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。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。

有趣的是，该研究还发现植物的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。

植物两大类免疫系统PTI和ETI协同抗病模型图

近年来，随着全球气候变化，农作物病害的爆发严重影响了全球粮食安全。该项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。

辛秀芳团队合影（前排左三为辛秀芳研究员）

辛秀芳研究组博士研究生袁民航为论文第一作者，辛秀芳研究员为通讯作者。研究组博士研究生江泽宇、蔡博莹、博士后王易平和河南大学联培生刘梦汇为共同作者。该研究得到了中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员及其实验室毕国志博士和美国杜克大学ShengYangHe教授及其实验室KinyaNomura博士的大力支持与帮助。

两篇论文的链接为：