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揭示植物与食草害虫之间的生化战
日期:2021-01-26 作者:未知 来源:Plant Biotechnology Journal 点击:
 食草动物的入侵是对食物安全的古老威胁,例如,它们被列为圣经中的十大 瘟疫之一。虫害仍然是世界粮食安全的一个主要威胁,无论是每年的定期作物损 失还是周期性的灾难性损失,如蝗虫群反复席卷东非大部分地区。现代综合虫害 防治战略包括机械方法、合成杀虫剂的使用、生物防治剂的应用和基于分子标记 的育种策略。利用生物技术转移抗虫性状,可以提高作物抗虫性。这一战略需要 对寄主植物中害虫识别的机制有详细的了解。
    2020年11月23日,来自加州大学圣地亚哥分校的研究团队在 PNAS 杂志上 发表了题为“A receptor-like protein mediates plant immune responses to herbivore-associated molecular patterns”的论文,系统的揭示了植物免 疫受体感知食草动物对宿主组织损伤的分子特性。作者利用 Yacine(inceptin- 敏感)和 58-77(inceptin-不敏感)构建的 85 个重组自交系进行 QTL 定位,同 时利用加州大学滨河分校提供的 364 分豇豆种质资源进行全基因组关联,两种定 位方法的完美结合最终确定了与 inceptin 敏感性相关的单一基因位点。此位点 编码一个富含亮氨酸重复序列(LRR)的受体样蛋白。此基因作为一种防御受体, 可以识别毛虫唾液中的 inceptin。研究证明此受体可以增强烟草对食草性粘虫 的防御。
    2020年12月9日,PNAS 上发表了来自于德国科学家的评论文章“A plant surfacereceptor forsensing insect herbivory”。评论中强调随着豆科菜豆 亚种中抗虫受体(INR)的发现 Steinbrenner 等人开辟了在多种作物中设计抗虫 性的途径。
    植物利用自身编码的先天免疫系统来对抗微生物感染和害虫入侵。该监控系 统在感应到来自传染源或宿主植物自身的危险时被激活。与病原体相关分子模式 (PAMPs)类似,在植物咀嚼式(毛虫、甲虫)或吮吸式(螨虫、蚱蜢)害虫的 唾液、口腔分泌物(OSs)中发现的植物防御刺激化合物被称为食草动物相关分子模式(HAMPs)。由植物细胞表面模式识别受体(PRRs)进行的模式识别会触 发非特异性的、通用的免疫反应。植物对微生物和昆虫信号的防御是重叠的,但是不相同。
    近年来,许多植物感知微生物的受体被大量发现。在一些情况下,PRR 的转 移被证明可以增强植物对微生物感染的免疫力。然而,到目前为止,植物受体对 昆虫衍生模式的感知一直是难以捉摸的。在早期的研究中,Schmelz 等人鉴定出 一个 11 个氨基酸的蛋白水解片段,称为 inceptin,它是粘虫消化植物叶绿体三 磷酸腺苷(ATP)合酶而释放出来的。Inceptin 在豇豆植物中引起标志性免疫反 应。INR 特异性结合inceptin,根据受体-配体对接模拟推断,结合可能是由INR内两个带正电荷的氨基酸残基介导的,这两个氨基酸残基对应于 inceptins 的负电荷。重要的是,定点突变揭示了这些残基是受体-配体结合和 inceptin 诱导 的防御所必需的。
    与参与PAMP 识别的LRR-RLPs共同观察到,INR构建了一个三元复合物,包括BIR1的抑制因子(SOBIR1)和体细胞胚胎发生受体激酶(SERK)家族的成员。 这种异构化复合物的形成是由 inceptin 与 INR 结合而触发的,它将 SERKs 招募 到预先形成的 INR-SOBIR1 复合物中。与豇豆无关的植物外源性表达 HAMP 受体与 内源性昆虫防御途径有关,这表明 INR 可能被用来设计植物科内和跨科物种的抗 虫性。重要的是,在豇豆中观察到的 INR 等位基因强度变化反映了 INR 变异体在 烟草植物中的表达,从而提供了微调转基因作物抗虫水平的方法。
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