每年全球有多達40%的農作物會受到害蟲和植物病原體（如細菌、病毒和其他致病微生物）的破壞。近日，加拿大多倫多大學的研究人員通過研究病原體的致病基因以及植物的防禦手段，開發了一種新的策略，用於識別能夠對抗植物病原體的遺傳資源，相關論文發表在《科學》雜誌中。
“相對長壽的植物如何抵禦快速進化的致病病原體？為何植物不斷受到高度多樣化的病原體攻擊還是很少生病？為什麼馴化的農作物比野生植物更容易受到病原體的攻擊？這些都是我們想要研究的科學問題。”論文作者、多倫多大學細胞與系統生物學系教授David Guttman說。針對以上命題，Guttman和細胞與系統生物學教授Darrell Desveaux提出了一個具體問題：植物如何抵抗常見的細菌性病原體的攻擊?
他們首先描述了一類重要的病原體蛋白質——效應蛋白的全球多樣性。“效應蛋白在疾病中起著關鍵作用，因為它們在進化過程中增強了病原體攻擊和感染宿主的能力。幸運的是，植物也進化出了能夠識別某些效應蛋白的免疫受體。”Desveaux說，“如果植物攜帶識別特定病原體的免疫受體，就能產生‘效應蛋白觸發的免疫反應’來阻止感染。這種效應蛋白與免疫受體的相互作用被稱為基因對基因的抗性，是幾乎所有農業抗病育種的基礎。”
隨後，研究小組對大約500株丁香假單胞菌進行了基因組測序。Guttman說：“丁香假單胞菌會導致幾乎所有的主要農作物生病。從這些細菌的基因組中，我們確定了來自70個不同家族的大約1.5萬個效應蛋白。然後我們選取了530個能夠代表全球多樣性的效應蛋白進行下一步研究。”
接著，研究人員合成了這530種效應蛋白，並逐一導入一株毒性很強的丁香假單胞菌中，然後用這些丁香假單胞菌感染擬南芥，觀察有多少效應蛋白能夠誘發“效應蛋白觸發的免疫反應”。
結果非常出人意料。Desveaux說：“我們發現，超過11%的效應蛋白引發了免疫應答，近97%的丁香假單胞菌攜帶至少一種免疫誘導效應蛋白。我們還發現了能夠識別這些效應蛋白的新免疫受體，而且95%的丁香假單胞菌感染都可以被擬南芥的兩個免疫受體阻斷。”
這些結果不僅為植物如何在病原體攻擊下存活提供了新的線索，還為識別新的植物免疫受體提供了新方法，並豐富了農業育種的遺傳資源。
Guttman說：“雖然野生植物中存在多種多樣的免疫受體，但由於集中的人工選擇，大多數馴化的農作物已經喪失了這種免疫多樣性。我們的方法能夠快速識別農作物野生親緣種裡的新免疫受體，然後通過傳統育種將它們導入優良的農業品系，最終培育出更有能力抵禦農業病原體的新品種。”
編譯：花花 審稿：alone 責編：雷鑫宇
期刊編號：0036-8075
原文鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-02/uot-uot021820.php
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