首页分享青科沙龙第67期

青科沙龙第67期

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 21:22

水杨酸甲酯介导植物
气传性免疫的分子基础

本期青科沙龙关键词

VOCs 植物气传性免疫

水杨酸甲酯 植物间通讯

相关介绍

植物在感受到环境刺激时会产生挥发性化合物（volatile organic compounds，VOCs），其作为一种特殊的信号能被周围的植物感知，进而诱发周围植物的防御反应，这一现象被称为气传性免疫（airborne defense，AD）。几十年来，人们在多种植物中观察到这种植物间通讯（plant-plant communication, PPC）现象，并认识到其重要的生物学和生态学意义，但一直不清楚其对VOCs介导PPC的分子机制。此外，除乙烯受体外，植物感知其它VOC的受体也一直未被鉴定。

蚜虫是全球范围内最具破坏性的农业害虫之一，它们吸食植物汁液并传播超过40%的植物病毒，对农业生产造成巨大破坏。蚜虫的侵害会诱导植物释放包含水杨酸甲酯（methyl salicylate，MeSA）在内的VOCs。MeSA在植物抵御包括蚜虫在内的食草性昆虫侵害中发挥重要作用，它通过驱避昆虫、降低其适应性或吸引其天敌等方式参与植物防御过程。但是MeSA如何作为植物间通讯的信号激活AD抗蚜虫防御是一个悬而未决的问题，植物是否拥有识别和感知空气中MeSA的受体也不清楚。此外，蚜虫和病毒能否干扰植物气传性免疫也不清楚。

2023年9月13日，清华大学刘玉乐团队在Nature上在线发表了题为Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense的研究论文，该工作鉴定了识别气态MeSA的植物受体，揭示了MeSA介导的植物气传性免疫的分子机制及其植物病毒的反防御机制，为防治病虫害提供了突破点和研究方向。

研究过程

过程①：

大多数植物病毒依赖昆虫等介体进行传播。当昆虫叮咬植物后，植物会产生VOCs，驱避昆虫的同时也招募这些植食性昆虫的天敌。此外，当这些挥发性化合物被临近植物吸收后会触发临近植物对昆虫的防御反应。

研究团队发现，当蚜虫叮咬植物后，植物会产生MeSA，这些MeSA挥发到空气中能够被临近植物中的MeSA受体蛋白水杨酸结合蛋白-2（SA-binding protein-2，SABP2）感知结合，并将其转化为水杨酸（salicylic acid, SA）。SA激活转录因子NAC2，上调水杨酸羧基甲基转移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表达，从而产生更多的MeSA，诱导植物的抗蚜虫免疫，从而降低病毒的传播。

过程②：

研究团队还发现一些蚜虫传病毒比如黄瓜花叶病毒、马铃薯Y病毒等能够编码含有解旋酶结构域的蛋白质与NAC2蛋白相互作用，改变NAC2蛋白的亚细胞定位，促进NAC2在细胞质中被26S蛋白酶体降解，从而负调控NAC2-SAMT1通路，抑制蚜虫叮咬植物中MeSA的合成和挥发，阻断植物间“预警”通讯，促进蚜虫对临近植物的侵染和对病毒的传播。

研究结论

植物气传性免疫的分子机制示意图

该研究利用由蚜虫、病毒、植物组成的病理系统来剖析气传性免疫AD的分子机制。在分子生物学和遗传学基础上建立了MeSA介导AD抑制昆虫侵染和病毒传播的分子框架，并鉴定了植物中的受体，用于感知和获取空气中的MeSA。还发现了一种抑制植物AD的病毒反防御策略，揭示了蚜虫和蚜虫传播病毒之间存在的共同进化的生存方式。

原文链接

Molecular basis of methyl-salicylate-mediated plant airborne defence | Nature

直

播分享刘玉乐教授为论文通讯作者，清华大学生命科学学院博士后龚骞、王韵婧为论文第一作者。植物病虫害的研究一直是科研的热门方向，在调研了一线科研工作者的需求后，华安生物联系并邀请到了本文的第一作者：清华大学生命科学学院博士后——王韵婧对本项研究进行分享。嘉宾介绍王韵婧，2020年在清华大学生命科学学院博士毕业后，继续在导师刘玉乐教授实验室做博士后。清华大学-北京大学CLS特等博士后基金获得者并2022年入选第八届中国科协青年托举人才工程项目。
王韵婧在植物抵御蚜虫侵害机制、植物RNAi过程调控机制、双生病毒致病机理等研究领域取得了一系列成果。以第一作者 (含共同)在Nature、Cell Host & Microbe、Trends in Plant Science等国际专业顶级期刊发表高水平论文6篇。2023年9月13日，王韵婧和合作者在Nature上在线发表了题为“水杨酸甲酯介导植物气传性免疫的分子基础” (Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense) 的研究论文，该工作首次揭示MeSA介导的植物气传性免疫的分子机制，为防治病虫害提供了突破点和研究方向，同时该工作还揭示了植物病毒的反防御机制，提供了一种全新的虫-病毒共进化互惠方式。

嘉宾信息

清华大学生命科学学院博士后——王韵婧

主办平台

华安生物、深究科学、生物世界

直播时间

2023年10月17日 20:00-21:00

参考文章：

1.Gong, Q., Wang, Y., He, L. et al. Molecular basis of methyl-salicylate-mediated plant airborne defence. Nature 622, 139–148 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06533-3