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在单子叶植物中，病原相关基因的非表达介导了植物的防御机制，目前还没有详细的文献。现在，东京科学大学的科学家们发现了NPR家族基因是如何调节短穗单子叶植物模型中的免疫反应的。这些发现为植物的防御系统提供了一份蓝图，并可能有助于更多的研究弹性作物品种，促进无农药谷类作物种植。 植物可分为双子叶植物和单子叶植物。这些类群，除了它们的胚胎结构不同之外，还有许多其他不同的因素。这就是为什么它们对某些威胁的免疫反应很可能也会不同。 植物的免疫反应? 尽管它们的免疫系统的结构和功能与我们的非常不同，但植物和人类一样，对外部威胁也有反应。这些免疫反应在双子叶植物模型中得到了广泛的研究，但在单子叶植物模型中研究较少。 非表达的致病相关(NPR)基因家族已知控制防御信号在病原体攻击。
在拟南芥(dicot)中，NPR1 (AtNPR1)作为水杨酸(SA)的结合位点，并与TGA转录因子(TFs)相互作用，TGA转录因子负责在需要时打开或关闭基因。这将激活防御基因，如致病相关蛋白1 (PR-1)，最终控制植物的免疫反应。 这种情况在单子叶植物中也会发生吗?由日本东京科学大学的Gen-ichiro Arimura教授领导的一个研究小组决定找出答案。 他们知道，一些单子叶植物，如水稻和小麦，在面对病原体攻击时表现出类似的npr1介导的免疫反应。
然而，该团队认为其他单子叶植物可能会有不同的反应，并希望研究其他NPRs，如AtNPR3/AtNPR4，这可能会产生与NPR1相反的效果。因此，Arimura教授和他的同事们选择在单子叶短柄草模型中研究NPR的功能和免疫反应，通常被称为南方浮萍。 他们的研究发表在《植物杂志》上，解释了二穗B. diachyon的NPR基因如何调节tga促进防御反应基因的转录。 研究人员首先鉴定并克隆了单子叶拟南芥的NPR基因bdnpr1、2和3的序列，这些序列与包括拟南芥在内的其他双子叶植物的NPR序列相似。在水杨酸甲酯处理下，BdNPR2的表达量显著升高，而BdNPR1/BdNPR3的表达量无显著升高，表明BdNPR1/BdNPR3在植物防御反应中发挥积极作用。 研究人员还通过观察二轴线虫原生质体中的基因表达和分子相互作用，证实了BdNPRs中的一个(BdNPR2)激活了二轴线虫的BdTGA-1(就像其他植物一样)。 这些实验表明，BdTGA1和BdNPR2相互作用，上调PR-1的表达，从而强化了NPR2在二体B. diachyon免疫应答中的作用。 这种反应是由SA介导的吗?另一个相关的问题，研究小组通过创造一个变异的NPR2基因来回答。Arimura教授指出，“某些氨基酸残基，尤其是精氨酸(Arg)，在拟南芥NPRs中负责SA的结合。所以，我们的突变体NPR2缺失了一种特殊的精氨酸残基- arg468。” 该突变体在增加PR-1表达方面不如正常野生型NPR2有效，这意味着Arg468对SA结合NPR2至关重要，而NPR2又上调了PR-1的表达。 有趣的是，他们的实验分析还发现，BdNPR1抑制了这种上调，这表明它在双囊B. diachyon中作为免疫抑制剂的作用。 有村教授为我们总结了这一切。“当植物处于健康状态时，BdNPR1可能会阻止BdNPR2激活BdTGA1，使PR1基因关闭。但当植物受到病原体攻击时，SA水平上升并刺激BdNRP2的表达，然后级联反应，并'打开’PR1基因。” Arimura教授对BdNRP2在功能上的独特之处感到惊讶，他解释说:“从B. diachyon植物中提取的NPR2与其他植物的序列相似性并不影响它们的功能，因为它们在每种植物中都有明显的不同。” 但这种基因研究如何转化为现实生活中的应用呢?许多重要的作物，如小麦和水稻，都是单子叶植物。这些植物容易受到微生物病原体和害虫的影响，因此要用杀虫剂来处理以避免伤害。 这些农药会导致环境恶化。“这种恶性循环可以通过了解单子叶植物的防御系统来打破，并以一种更可持续的方式来解决它们的易感性，比如不使用杀虫剂的栽培， More information: Kohei Shimizu et al, Immune gene activation by NPR and TGA transcriptional regulators in the model monocot Brachypodium distachyon, The Plant Journal (2022). DOI: 10.1111/tpj.15681 【免责声明】图文来自网络，版权属于原作者，如有侵权或非授权发布之嫌，请联系我们，我们将及时更正、删除。转载目的在于促进信息交流，并不代表本公众号赞同其观点或对其内容真实性负责。 |
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