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题目：Molecular basis of methyl-salicylate-mediated plant airborne defence

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年9月13日

通讯作者单位：清华大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06533-3

主要内容：

植物与邻近的植物交流，以激活对蚜虫的空中防御。然而，这种防御机制背后的遗传途径尚不清楚。发现以化学水杨酸甲酯的气态形式为中心的信号级联控制植物之间的这种相互作用。

蚜虫是全球最具破坏性的农业和园艺害虫之一。它们还可以传播病毒;例如，黄瓜花叶病毒会引起植物出现黄色斑驳、扭曲和发育迟缓等症状。当受到攻击时，植物可以向邻居发出空气中的化学物质作为信号，导致接收植物进行免疫防御。几十年来，在许多物种中已经观察到这种植物间交流及其生物和生态效应。但是接收器工厂如何感知发射器释放的空气传播信号呢？沿着植物间机载防御的遗传途径有哪些化学步骤？害虫和病原体是否会抵消这种防御，如果是，如何抵消？这些问题仍然没有答案，尽管几十年前发现由空气中化学物质介导的植物间交流与植物间防御有关。作者专注于剖析植物对蚜虫和由空气传播防御引发的蚜虫传播病毒的免疫反应的遗传和分子机制。

使用免疫沉淀和质谱技术的组合，作者发现烟草相关植物本氏烟草中的转录因子NAC2与称为CMV1a的黄瓜花叶病毒蛋白相互作用。一次偶然的机会，作者观察到NAC2基因被实验失活的植物（NAC2敲除植物）对蚜虫更有吸引力。这一偶然的观察促使作者研究NAC2是否以及如何触发植物内部和植物之间的蚜虫和病毒免疫。作者证明了NAC2通过调节编码水杨酸羧基甲基转移酶-1（SAMT1）的基因的表达来合成水杨酸甲酯（MeSA）（图1a）。作者确定了邻近接收植物上蚜虫攻击植物发出的空气传播MeSA受体：水杨酸结合蛋白-2（SABP2）。接收器使用 SABP2 将 MeSA 转化为水杨酸 （SA）。然后SA触发抗蚜虫和抗病毒的空中防御（图1b）。

此外，作者发现一些蚜虫传播的病毒，如黄瓜花叶病毒，已经进化出一种反防御。黄瓜花叶病毒编码各种蛋白质，包括病毒复制酶成分CMV1a，它通过破坏植物细胞内的NAC2蛋白来抑制NAC2活性。作者使用NAC2敲除受体植物来证明NAC2的丧失抑制了植物内的免疫力和植物间的空中防御，从而有助于蚜虫的生存和侵扰，并增加病毒在发射器和受体植物中的传播。

总之，作者揭示了MeSA-SABP2-SA-NAC2-SAMT1-MeSA信号级联的遗传和分子基础，该信号级联使空中防御蚜虫和病毒成为可能，以及一种不寻常的策略来抵消蚜虫和蚜虫传播病毒的这种机制。

这些发现对于作者理解植物的空气传播防御如何参与其他类型的害虫和病原体的抵抗具有广泛的意义。作者预测，植物内部和之间的信号级联的澄清可能有助于识别其他植物间信号和等效的遗传途径，用于空气传播防御介导的保护免受生物应激源（如真菌，细菌，线虫，粉虱，叶蝉及其相关病毒和食草动物）的攻击。评估这种通信或信号级联的任何遗传成分是否可用于开发对害虫侵扰和病原体感染的广泛作物抗性将是令人着迷的。

此外，作者的研究提出了一些有趣的问题，即MeSA和机载防御系统是否可以直接抑制蚜虫。如果是这样，作者预测，除了利用病毒蛋白作为被动反防御策略外，蚜虫可能已经进化出一种主动的细胞膜结合受体系统或细胞机制来感知和扩散空气中的MeSA，作为对这种防御的直接对抗。

植物之间的空中信号传导和对非生物胁迫（甚至正常生长条件）的空中响应可能存在类似的遗传途径。基于植物的、受生物启发的和环保的空气传播植物对植物通讯化合物一旦确定，很可能在压力或正常环境中的农业、园艺和森林养殖中有用。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06533-3

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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