清華新聞網(wǎng)11月21日電 在自然生態(tài)系統(tǒng)中，光不僅是植物光合作用的能量來(lái)源，更是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)、發(fā)育和免疫的重要環(huán)境信號(hào)。尤其在黃昏和黎明時(shí)分，太陽(yáng)光譜中遠(yuǎn)紅光（far-red light, FR）比例顯著升高，這一光譜變化伴隨著昆蟲(chóng)活動(dòng)的增強(qiáng)，極大增加了植物遭受昆蟲(chóng)傳播病毒侵染的風(fēng)險(xiǎn)。植物如何感知并應(yīng)對(duì)這一“光-蟲(chóng)-病毒”三重挑戰(zhàn)，一直是未解的科學(xué)問(wèn)題。
11月19日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉玉樂(lè)教授課題組與北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院龔騫研究員課題組合作在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上在線(xiàn)發(fā)表題為“遠(yuǎn)紅光調(diào)控植物抗病毒免疫”（Far-red light orchestrates antiviral defense in plants）的研究論文。研究揭示植物通過(guò)遠(yuǎn)紅光受體光敏色素A（phyA）激活免疫系統(tǒng)、增強(qiáng)抗病毒及抗蚜蟲(chóng)能力的分子機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)多種植物病毒進(jìn)化出干擾遠(yuǎn)紅光信號(hào)的反防御策略。
研究發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)紅光照射下，phyA被激活并轉(zhuǎn)入細(xì)胞核，促使轉(zhuǎn)錄因子PIF1發(fā)生泛素/26S蛋白酶體依賴(lài)的降解，解除其對(duì)轉(zhuǎn)錄因子RVE7（REVEILLE7）的抑制。隨后，RVE7直接結(jié)合免疫核心調(diào)控因子EDS1（Enhanced Disease Susceptibility 1）的啟動(dòng)子，增強(qiáng)水楊酸（SA）信號(hào)通路，從而顯著增強(qiáng)植物對(duì)多種病毒的抗性。值得注意的是，該遠(yuǎn)紅光誘導(dǎo)的phyA–RVE7–EDS1信號(hào)模塊不僅抵御病毒感染，還同時(shí)提高了植物對(duì)蚜蟲(chóng)的抗性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)病毒病害的“雙重阻斷”。
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，多種植物病毒（如CMV、PVY和TMV）利用其編碼的RNA依賴(lài)的RNA聚合酶（RdRP）蛋白，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合phyA，阻斷其與核轉(zhuǎn)運(yùn)因子FHY1的互作，從而抑制phyA進(jìn)入細(xì)胞核進(jìn)而干擾遠(yuǎn)紅光介導(dǎo)的免疫過(guò)程。這一發(fā)現(xiàn)揭示了病毒已進(jìn)化出針對(duì)遠(yuǎn)紅光介導(dǎo)植物免疫的反防御機(jī)制，揭示了植物與病毒在光信號(hào)介導(dǎo)的免疫層面上的協(xié)同進(jìn)化博弈。
遠(yuǎn)紅光介導(dǎo)植物抗病毒和抗蚜蟲(chóng)免疫的分子機(jī)制示意圖
這一研究不僅系統(tǒng)解析了遠(yuǎn)紅光介導(dǎo)植物抗病毒免疫的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，還揭示了病毒如何通過(guò)干擾光信號(hào)通路來(lái)削弱植物防御，為理解植物-病毒-昆蟲(chóng)-環(huán)境四方相互作用提供了新的視角。研究提出的“利用特定光譜信號(hào)激活作物自身免疫”的理念，為開(kāi)發(fā)基于光調(diào)控的綠色病害防控策略提供了重要理論基礎(chǔ)，也為設(shè)施農(nóng)業(yè)中利用LED光源精準(zhǔn)誘導(dǎo)作物免疫開(kāi)辟了新途徑。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授劉玉樂(lè)和北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院研究員龔騫為論文共同通訊作者，龔騫為論文第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃等的資助。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7663
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
