我们生活的环境中充满了各种病原微生物，如细菌、真菌、病毒等。当这些病原微生物入侵时，我们体内的免疫系统可以通过多种途径发现并消灭入侵者，从而保护我们的身体健康。植物同样面临着各种病原微生物的侵袭。那么，它们是如何保护自己的呢？
科学家发现，植物在漫长的进化过程中也“修炼”出了完备的防御系统，可以对病原微生物的入侵奋起反抗。
植物表皮是植物保护自己的一道重要屏障，它就像我们人体表面的皮肤,对各种微生物具有物理阻挡作用。但许多病原菌能突破这道屏障，进入植物体内，在植物细胞间隙中夺取营养并增殖。不过，植物并不会坐以待毙，它们具有强大的免疫系统可以对病原菌做出抵抗。
植物免疫系统的关键：抗病蛋白
植物细胞表面有许多称为“受体”的蛋白，它们是植物免疫系统的第一道防线。这些受体蛋白可以识别来自病原菌的分子，从而调动细胞内的防御系统来抵抗病原菌。但是在与植物长期的斗争中，病原菌变得越来越狡猾，它们进化出了针对植物防御系统的毒性蛋白。这些毒性蛋白可以直接被分泌到植物细胞内，精准破坏植物防御系统的关键蛋白，从而抑制植物免疫反应。
然而，魔高一尺道高一丈，在与病原菌的长期斗争中，植物也逐渐进化出了由“抗病蛋白”组成的第二道防线。抗病蛋白可以识别病原菌分泌的毒性蛋白，重新激活免疫反应。有的抗病蛋白与植物细胞内的“诱饵”蛋白相配合，巧妙地“引诱”毒性蛋白上钩，当毒性蛋白破坏“诱饵”蛋白时，可以激活抗病蛋白，从而触发免疫反应。
诱饵模型工作原理
数目庞大的抗病蛋白是植物监控病虫侵害的哨兵，也是植物动员防卫系统的指挥官，它们在抵御各种病虫入侵中发挥了关键作用。然而，自从25年前国际上首次被鉴定以来，抗病蛋白仍是“谜”一般的存在，人们一直不清楚它们的工作原理。抗病蛋白理论研究的巨大瓶颈在于，全长蛋白质三维结构的解析和功能复合体的组装无法完成。由于抗病蛋白发挥功能的核心机制一直没能解答，制约了人们对抗病蛋白在农作物育种中的应用。
揭开抗病蛋白作用的秘密
近期，来自清华大学和中国科学院遗传与发育生物学研究所的团队就“绘出”了抗病蛋白的本来“模样”，揭开了抗病蛋白行使功能的秘密。他们发现，受到细菌毒性蛋白破坏的“诱饵”蛋白会引起抗病蛋白发生一系列构象改变，并聚合形成一个环状五聚体蛋白机器，命名为“抗病小体”。如下图所示：
抗病小体能对植物防御系统发出强大的动员命令，并在植物细胞膜上发出自杀指令，让受到感染的少数植物细胞和入侵的病原菌同归于尽，从而阻止病原菌扩散，保护其他健康细胞。令人惊叹的是，抗病小体与人类免疫中的炎症小体的形成机制和作用极为相似，因此，对研究动物天然免疫也有借鉴意义。
这项工作填补了人们对植物免疫系统认知的空白，为研究其他抗病蛋白提供了范本。有专家表示，这是植物抗病研究的一个里程碑事件，对植物抗病虫害研究将发挥深远影响。
每年农作物病虫害发生造成严重的粮食减产，为了减少损失，人们不得不施用化学农药，而农药的大量施用对环境造成了严重破坏，同时也威胁了人类的健康。因此，培育抗病虫农作物，减少农药施用量具有重要的现实意义。抗病蛋白在植物中数量庞大，如何有效利用抗病蛋白培育抗病品种是摆在科学家面前的一道难题。这一研究发现为抗病育种提供了核心的理论基础，可以帮助人们更好地利用抗病蛋白设计具有广谱、持久抗性的农作物，从而减少农药施用，保护生态环境和人类健康，促进农业可持续发展。
来源：中科院之声
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