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山东建筑大学首篇Nature:单立波/何平/侯书国发现植物细胞因子信号在植物免疫和水分流失中重新打开气孔

植物君 iNature 2023-01-10

iNature


气孔通过调节气体交换和水蒸气对全球碳和水循环产生相当大的影响。气孔关闭可防止水分流失并限制病原体进入。然而,长时间的气孔关闭会减少光合作用和蒸腾作用,并产生促进病原体定殖的水质质外体。植物如何在不断变化的气候中动态调节气孔重新开放尚不清楚。2022年5月4日,德克萨斯农工大学单立波,何平及山东建筑大学侯书国共同通讯在Nature 在线发表题为“Phytocytokine signalling reopens stomata in plant immunity and water loss”的研究论文,该研究展示了调节防御和失水的分泌肽 SMALL PHYTOCYTOKINES (SCREWs) 和同源受体激酶 PLANT SCREW UNRESPONSIVE RECEPTOR (NUT) 调节植物激素脱落酸 (ABA) 和微生物相关分子模式 (MAMP) 诱导气孔关闭。 NUT 感应到的 SCREW 作为免疫调节性植物细胞因子发挥作用,并募集体细胞胚胎发生受体样激酶 (SERK) 共受体来传递免疫信号。SCREWs 触发 ABA INSENSITIVE 1 (ABI1) 和 ABI2 的 NUT 依赖性磷酸化,这导致 ABI 磷酸酶对 OPEN STOMATA 1 (OST1) (这是一种介导 ABA 和 MAMP 诱导的气孔关闭的关键激酶)的活性增加和 S 型阴离子通道的活性降低。通过脱水和病原体感染诱导后,SCREW-NUT 信号传导促进质外体水分流失并破坏富含微生物的水生栖息地以限制病原体定植。SCREW-NUT系统广泛分布于陆地植物中,这表明它在防止由非生物和生物胁迫引起的不受控制的气孔关闭以优化植物适应性方面具有重要作用。最后,iNature发现,这是山东建筑大学首次在Nature 发表研究成果。


植物基因组编码数以千计的小肽,其功能大多未知。一些分泌肽调节植物发育、繁殖、免疫和环境适应,并作为短距离和长距离信号分子发挥作用。植物肽通常被细胞表面驻留受体激酶感知。一些受体激酶起模式识别受体 (PRR) 的作用,可识别 MAMP 或植物来源的损伤相关分子模式 (DAMP) 和免疫调节植物细胞因子。
由 MAMP、DAMP 和植物细胞因子诱导的免疫反应共同促成植物模式触发免疫 (PTI)。PRRs 感知 MAMPs 后通常会诱导植物细胞因子的表达,以增强植物的免疫力。一些 PRR 可以同时感知植物细胞因子和 MAMP,例如 MALE DISCOVERER 1-交互受体样激酶 2 (MIK2),它可以识别来自植物和微生物的富含丝氨酸的内源性肽 (SCOOP)。微生物模式和宿主植物细胞因子的协同作用如何协调免疫仍然是未知的。
SCREWs 是植物细胞因子(图源自Nature
该研究展示了调节防御和失水的分泌肽 SMALL PHYTOCYTOKINES (SCREWs) 和同源受体激酶 PLANT SCREW UNRESPONSIVE RECEPTOR (NUT) 调节植物激素脱落酸 (ABA) 和微生物相关分子模式 (MAMP) 诱导气孔关闭。
NUT 感应到的 SCREW 作为免疫调节性植物细胞因子发挥作用,并募集体细胞胚胎发生受体样激酶 (SERK) 共受体来传递免疫信号。SCREWs 触发 ABA INSENSITIVE 1 (ABI1) 和 ABI2 的 NUT 依赖性磷酸化,这导致 ABI 磷酸酶对 OPEN STOMATA 1 (OST1) (这是一种介导 ABA 和 MAMP 诱导的气孔关闭的关键激酶)的活性增加和 S 型阴离子通道的活性降低。通过脱水和病原体感染诱导后,SCREW-NUT 信号传导促进质外体水分流失并破坏富含微生物的水生栖息地以限制病原体定植。SCREW-NUT系统广泛分布于陆地植物中,这表明它在防止由非生物和生物胁迫引起的不受控制的气孔关闭以优化植物适应性方面具有重要作用。


参考消息:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04684-3

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