植物是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ)。它們通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，產(chǎn)生我們必需的氧氣。然而，植物也會(huì)面對(duì)各種威脅，并受到病毒和細(xì)菌等植物病原體攻擊，導(dǎo)致生病甚至死亡。數(shù)據(jù)顯示，每年植物病原體對(duì)全球農(nóng)作物生產(chǎn)造成了巨大損失，嚴(yán)重威脅世界糧食安全。

在長(zhǎng)期進(jìn)化中，植物已形成了一系列復(fù)雜巧妙的機(jī)制，以感知威脅，產(chǎn)生相應(yīng)防御反應(yīng)，從而阻止或消除病原體入侵。這個(gè)過(guò)程不僅包含簡(jiǎn)單識(shí)別，更要在空間上傳遞識(shí)別信號(hào)，并協(xié)調(diào)各種響應(yīng)。

其中，對(duì)信號(hào)的識(shí)別和響應(yīng)發(fā)生在植物細(xì)胞層面。在植物細(xì)胞表面，有一層細(xì)胞膜可將細(xì)胞內(nèi)外部環(huán)境隔離。因而，植物需要通過(guò)細(xì)胞膜感知特定分子，以了解外部潛在攻擊者的存在，并發(fā)出“警報(bào)”，將其傳遞到細(xì)胞內(nèi)部不同區(qū)室，最終到達(dá)存儲(chǔ)遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核，調(diào)節(jié)植物抗病基因表達(dá)。葉綠體作為植物特有光合作用的細(xì)胞器，同時(shí)也在調(diào)節(jié)植物對(duì)刺激響應(yīng)中起著核心作用，這對(duì)于植物生存至關(guān)重要。

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于這種“警報(bào)”信息如何在細(xì)胞內(nèi)傳遞，成為科學(xué)家在植物領(lǐng)域探索的焦點(diǎn)。日前，我國(guó)傳來(lái)好消息，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心上海植物逆境生物學(xué)研究中心研究團(tuán)隊(duì)，揭示了一條連接細(xì)胞膜和葉綠體的重要信號(hào)傳遞途徑，相關(guān)成果已發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。

該研究揭示了一些植物蛋白如何與細(xì)胞膜相關(guān)聯(lián)，并在感知病原體存在時(shí)，它們?nèi)绾螐募?xì)胞膜轉(zhuǎn)移至葉綠體內(nèi)部，“警告”葉綠體有威脅存在。緊接著，葉綠體通過(guò)“逆行信號(hào)傳遞”過(guò)程，將這些信息傳遞至細(xì)胞核，從而調(diào)節(jié)抗病基因表達(dá)，激活防御以對(duì)抗入侵者。該途徑是植物細(xì)胞將危險(xiǎn)信號(hào)從外界傳遞到葉綠體的策略之一，能快速、及時(shí)、準(zhǔn)確整合信號(hào)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南掠雾憫?yīng)。

長(zhǎng)期以來(lái)，植物病原體及其宿主處于類(lèi)似“軍備競(jìng)賽”的共同進(jìn)化中。此項(xiàng)研究便發(fā)現(xiàn)，病原體可以劫持這種在植物細(xì)胞內(nèi)部傳遞信息的途徑。一些來(lái)自植物病毒和細(xì)菌的蛋白質(zhì)可以巧妙“模仿”上述植物蛋白質(zhì)行為，能與細(xì)胞膜結(jié)合，當(dāng)植物細(xì)胞感受到攻擊時(shí)，也可以移動(dòng)至葉綠體。一旦進(jìn)入葉綠體內(nèi)部，它們會(huì)損害葉綠體與細(xì)胞核之間的通訊，從而阻礙植物防御反應(yīng)激活，幫助自身生存繁殖。

研究還發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)別病原體進(jìn)化出了相似策略，以達(dá)到抑制植物防御目的，有力證明了這條連接細(xì)胞膜與葉綠體的信號(hào)傳遞途徑在植物與微生物相互作用中起著核心作用。該研究為設(shè)計(jì)植物保護(hù)策略與開(kāi)發(fā)新的抗病品種提供了新思路。