科学家开发新策略对抗农作物感染

每年全球有多达40%的农作物会受到害虫和植物病原体（如细菌、病毒和其他致病微生物）的破坏。近日，加拿大多伦多大学的研究人员通过研究病原体的致病基因以及植物的防御手段，开发了一种新的策略，用于识别能够对抗植物病原体的遗传资源，相关论文发表在《科学》杂志中。

“相对长寿的植物如何抵御快速进化的致病病原体？为何植物不断受到高度多样化的病原体攻击还是很少生病？为什么驯化的农作物比野生植物更容易受到病原体的攻击？这些都是我们想要研究的科学问题。”论文作者、多伦多大学细胞与系统生物学系教授David Guttman说。针对以上命题，Guttman和细胞与系统生物学教授Darrell Desveaux提出了一个具体问题：植物如何抵抗常见的细菌性病原体的攻击?

他们首先描述了一类重要的病原体蛋白质——效应蛋白的全球多样性。“效应蛋白在疾病中起着关键作用，因为它们在进化过程中增强了病原体攻击和感染宿主的能力。幸运的是，植物也进化出了能够识别某些效应蛋白的免疫受体。”Desveaux说，“如果植物携带识别特定病原体的免疫受体，就能产生‘效应蛋白触发的免疫反应’来阻止感染。这种效应蛋白与免疫受体的相互作用被称为基因对基因的抗性，是几乎所有农业抗病育种的基础。”

随后，研究小组对大约500株丁香假单胞菌进行了基因组测序。Guttman说：“丁香假单胞菌会导致几乎所有的主要农作物生病。从这些细菌的基因组中，我们确定了来自70个不同家族的大约1.5万个效应蛋白。然后我们选取了530个能够代表全球多样性的效应蛋白进行下一步研究。”

接着，研究人员合成了这530种效应蛋白，并逐一导入一株毒性很强的丁香假单胞菌中，然后用这些丁香假单胞菌感染拟南芥，观察有多少效应蛋白能够诱发“效应蛋白触发的免疫反应”。

结果非常出人意料。Desveaux说：“我们发现，超过11%的效应蛋白引发了免疫应答，近97%的丁香假单胞菌携带至少一种免疫诱导效应蛋白。我们还发现了能够识别这些效应蛋白的新免疫受体，而且95%的丁香假单胞菌感染都可以被拟南芥的两个免疫受体阻断。”

这些结果不仅为植物如何在病原体攻击下存活提供了新的线索，还为识别新的植物免疫受体提供了新方法，并丰富了农业育种的遗传资源。

Guttman说：“虽然野生植物中存在多种多样的免疫受体，但由于集中的人工选择，大多数驯化的农作物已经丧失了这种免疫多样性。我们的方法能够快速识别农作物野生亲缘种里的新免疫受体，然后通过传统育种将它们导入优良的农业品系，最终培育出更有能力抵御农业病原体的新品种。”

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编译：花花 

审稿：alone 

责编：雷鑫宇

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：

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