和人類一樣，植物保護自己免受病原體的侵害。在蘇黎世大學(xué)大學(xué)教授Cyril Zipfel領(lǐng)導(dǎo)下的一個小組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了植物免疫系統(tǒng)門控：鈣通道在與細菌等微生物接觸時觸發(fā)氣孔關(guān)閉。這種天生的防御機制有助于培育對病原體有抵抗力的作物。

每一片植物的葉子上都有數(shù)百個小孔，可以與環(huán)境進行氣體交換。通過吸入二氧化碳、釋放氧氣和水蒸氣，這些氣孔對光合作用、植物的生存以及終地球上所有生命都至關(guān)重要。開口的大小是動態(tài)控制的，以使植物適應(yīng)變化的條件，如陽光，干旱和雨水。打開和關(guān)閉是通過膨脹和收縮兩個所謂的保衛(wèi)細胞，形成一個環(huán)狀的邊界周圍的毛孔。

然而，這種快速的鈣離子進入細胞的機制在很大程度上是由鈣離子引起的。蘇黎世大學(xué)分子和細胞植物生理學(xué)教授Cyril Zipfel說：“介導(dǎo)這種快速鈣運動的通道的身份仍然是未知的，并且長期困擾著研究人員。”經(jīng)過六年的研究，他們的研究*了這一空白，并確定了模式植物擬南芥中相關(guān)的鈣通道。植物可以自衛(wèi)

植物研究人員早就知道，當葉子遇到潛在的致病微生物時，它們也會封死艙口。這種反應(yīng)是植物固有免疫系統(tǒng)的一部分：植物細胞表面的受體識別微生物的典型結(jié)構(gòu)，如細菌鞭毛的一部分。這會導(dǎo)致一系列反應(yīng)，終阻止微生物進入和繁殖。其中一種反應(yīng)是氣孔關(guān)閉，這相當于關(guān)閉了病原體的大門。

微生物觸發(fā)通道開放

決定性的線索是，已鑒定的通道蛋白OSCA1.3——具有迄今未知的功能——被植物免疫系統(tǒng)的一個重要組成部分修飾。這種修飾導(dǎo)致OSCA1.3通道的開放，鈣離子進入保衛(wèi)細胞，氣孔關(guān)閉。Zipfel的團隊證明，當擬南芥植物接觸到細菌鞭毛的一部分時，這種反應(yīng)是特別啟動的，而細菌鞭毛是植物免疫系統(tǒng)的微生物觸發(fā)器之一。

免疫反應(yīng)特異性

研究人員通過引入幾個基因突變來證實這一結(jié)果，這些突變破壞了OSCA1.3鈣通道的功能。在這些突變的植物中，微生物的觸發(fā)并沒有導(dǎo)致毛孔的閉合。進一步的實驗表明，該通道也不會被干旱和鹽分，以及其他導(dǎo)致氣孔關(guān)閉的環(huán)境因素激活。“這一發(fā)現(xiàn)揭示了一個植物鈣通道在氣孔關(guān)閉中起作用，”Zipfel說。“有趣的是，這種通道似乎是植物免疫的特異性通道。”因此，他推測，來自同一家族的其他植物鈣通道可能對干旱等其他脅迫因子有特異性反應(yīng)。這將是未來研究的主題。

“很明顯，這個通道參與了植物的一個重要的免疫反應(yīng)，”Zipfel說。“因此，這些發(fā)現(xiàn)有可能有助于抗病作物的工程化育種。在病原體的實際和重大威脅下，植物可以關(guān)閉通常允許危險微生物進入其組織的大門。”