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植物科学的新发现或对农业和医学产生影响

西藏自治区科学技术厅: sti.xizang.gov.cn 2020年10月15日 来源:科技部 作者:

近日,发表在《Nature》上的一项研究中,来自德州农工大学AgriLife研究所领导的研究团队确定了一个可能对农作物、动物和人类健康产生广泛影响的早期免疫反应步骤。该研究发现了改善免疫反应的新方法,从而可能对农业和医学产生积极影响。例如,这项研究提供了治疗过敏和免疫缺陷的新思路。

该研究通讯作者、德州农工大学AgriLife研究所植物基因组与生物技术学院院长Libo Shan博士说:“我们发现了一种关于宿主如何识别微生物并快速激活免疫反应的微调机制。在植物、人类和动物体内都存在这种现象。”

两种免疫反应

人类经常会遇到致病菌,但大多数我们都可以应对。实际上,我们天生就具备抵御各种细菌、病毒和真菌的能力。

动物和植物也具有这种先天免疫能力。在细胞感知到微生物后的几分钟内免疫系统就会发挥作用。几天后,另外一种防御能力,即适应性免疫系统就会建立起来。动物和人体内都拥有这种防御能力。

先天免疫系统有时无法抵抗疾病,还有时会因为过度反应而损害身体健康。

由于先天免疫的组成部分是跨物种的,Shan和她的合作者决定对一种名为拟南芥的小型植物模型进行研究,该植物容易生长且方便基因改造。

创建一种新范式

根据过去的研究线索,该研究团队对拟南芥进行了细胞、生化、遗传和转基因等方面的实验。研究结果描述了拟南芥应对细菌感染的免疫反应第一步。

如果要理解这一机制,可以想象士兵们站在城堡上坚定地注视着入侵者。如果入侵者发动进攻,士兵们会将它们俘虏并向国王发送信息。该消息就是对即将到来的入侵的第一反应。

拟南芥细胞中也存在像上述城堡中一样的场景。细胞壁上的特殊蛋白质“监视”入侵的证据。当它们检测到细菌鞭毛(细菌游动机制的一部分)时,就会将其抓住。这些蛋白质“士兵”使用不同的方法向“国王”(即细胞核)发送消息。该研究发现的其中一种方法是将一种名为泛素的小蛋白质附着到信使蛋白质BIK1上。

信号到达细胞核时就会被“解密”,“增援部队”就会被派到细胞壁和更远的地方。

Shan说:“这种即时反应使细胞能够通过利用信号中继和细胞能量并进行代谢变化来快速反应。”

农业和人类应用

Shan说:“我们的研究填补了早期信号转导步骤中的关键空白。因此,从农业和人类健康的角度来看,这一发现具备战略发展级别的潜力。研究发现的快速信号可能有助于监测人类的免疫反应。我们为筛选涉及泛素修饰的药物靶标奠定了基础。对农业而言,这一发现有助于培育对广泛的感染具有更强抵抗力的植物。”

她补充说:“这一研究成果可以通过免疫力调节对农业实践和人类健康产生影响。我们提供了有助于普通科学进步的基础知识。”

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2210-3