研究揭示水楊酸甲酯介導(dǎo)的植物氣傳性免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、植物生物學(xué)研究中心劉玉樂(lè)研究組在《自然》（Nature）在線(xiàn)發(fā)表了題為“水楊酸甲酯介導(dǎo)植物氣傳性免疫的分子基礎(chǔ)”（Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense）的研究論文，該工作鑒定了識(shí)別氣態(tài)MeSA的植物受體，揭示MeSA介導(dǎo)的植物氣傳性免疫的分子機(jī)制及植物病毒的反防御機(jī)制，為防治病蟲(chóng)害提供了突破點(diǎn)和研究方向。

大多數(shù)植物病毒通過(guò)昆蟲(chóng)等介體傳播。當(dāng)昆蟲(chóng)叮咬植物后，植物會(huì)產(chǎn)生VOCs，驅(qū)避昆蟲(chóng)的同時(shí)也招募吸引這些植食性昆蟲(chóng)的天敵。除此之外，當(dāng)這些揮發(fā)性化合物被臨近植物吸收后會(huì)觸發(fā)臨近植物對(duì)昆蟲(chóng)的防御反應(yīng)。劉玉樂(lè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蚜蟲(chóng)叮咬植物后，植物會(huì)產(chǎn)生MeSA，這些MeSA能夠揮發(fā)到空氣中被臨近植物中的MeSA的受體蛋白水楊酸結(jié)合蛋白-2（SA-binding protein-2，SABP2）感知結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)化為水楊酸（salicylic acid, SA）。SA激活轉(zhuǎn)錄因子NAC2，上調(diào)水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生更多的MeSA，誘導(dǎo)植物的抗蚜蟲(chóng)免疫，并降低病毒的傳播。另外，劉玉樂(lè)團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)一些蚜蟲(chóng)傳病毒能夠編碼含有解旋酶結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)與NAC2蛋白相互作用，改變NAC2蛋白的亞細(xì)胞核定位至細(xì)胞質(zhì)中，促使NAC2在細(xì)胞質(zhì)中被26S蛋白酶體降解，從而負(fù)調(diào)控NAC2-SAMT1通路，抑制蚜蟲(chóng)叮咬植物中MeSA的合成和揮發(fā)，阻斷植物間“預(yù)警”通訊，促進(jìn)蚜蟲(chóng)對(duì)臨近植物的侵染和對(duì)病毒的傳播（圖1）。 這一發(fā)現(xiàn)揭示了植物氣傳免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制、揭示了全新的蚜蟲(chóng)-病毒之間的共進(jìn)化的互惠方式。

劉玉樂(lè)教授為論文通訊作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后龔騫和王韻婧為論文第一作者。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)洪益國(guó)教授，清華大學(xué)生命學(xué)院2020級(jí)博士生何霖芳、2019級(jí)博士生黃凡、已出站博士后張丹鳳、助理研究員王燕博士、高級(jí)工程師魏香博士，清華大學(xué)蛋白質(zhì)化學(xué)與組學(xué)平臺(tái)鄧海騰教授、韓萌，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所崔峰研究員及其團(tuán)隊(duì)的羅嵐工程師為本研究做出了重要貢獻(xiàn)。此外，該工作還得到了中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所康樂(lè)院士，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)王獻(xiàn)兵教授，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李向東教授，中國(guó)科學(xué)院微生物所郭惠珊研究員、葉健研究員和趙平芝博士的寶貴建議或幫助。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目的支持。