和人類一樣，植物保護(hù)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(gè)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(xì)菌等微生物接觸時(shí)觸發(fā)氣孔關(guān)閉。這種天生的防御機(jī)制有助于培育對(duì)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(gè)小孔，可以與環(huán)境進(jìn)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(duì)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(dòng)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(gè)所謂的保衛(wèi)細(xì)胞，形成一個(gè)環(huán)狀的邊界周圍的毛孔。

然而，這種快速的鈣離子進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)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(xì)胞植物生理學(xué)教授Cyril Zipfel說：“介導(dǎo)這種快速鈣運(yùn)動(dòng)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(dāng)葉子遇到潛在的致病微生物時(shí)，它們也會(huì)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(xì)胞表面的受體識(shí)別微生物的典型結(jié)構(gòu)，如細(xì)菌鞭毛的一部分。這會(huì)導(dǎo)致一系列反應(yīng)，終阻止微生物進(jìn)入和繁殖。其中一種反應(yīng)是氣孔關(guān)閉，這相當(dāng)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(gè)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(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，氣孔關(guān)閉。Zipfel的團(tuán)隊(duì)證明，當(dāng)擬南芥植物接觸到細(xì)菌鞭毛的一部分時(shí)，這種反應(yīng)是特別啟動(dòng)的，而細(xì)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(gè)基因突變來證實(shí)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(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，該通道也不會(huì)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(gè)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(cè)，來自同一家族的其他植物鈣通道可能對(duì)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(gè)通道參與了植物的一個(gè)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(shí)際和重大威脅下，植物可以關(guān)閉通常允許危險(xiǎn)微生物進(jìn)入其組織的大門。”