在一项对农业和食品安全很重要的发现中，科学家报告了一种模式植物的免疫反应的基因调控。
在单子叶植物中，由致病相关非表达基因(NPR)介导的植物防御机制尚不清楚。现在，来自东京科学大学的科学家们已经发现了NPR家族基因是如何在单子叶二花短柄短柄植物模型中调节免疫反应的。这些发现为植物的防御系统提供了一个蓝图，并可能有助于更多的适应性作物物种的研究，促进无农药谷类作物的种植。
植物大体上可分为双子叶植物和单子叶植物。这些群体，除了在它们的胚胎结构上不同之外，还有许多其他的区别因素。这就是为什么它们对某些威胁的免疫反应很可能也会不同。
植物的免疫反应?让你困惑吗?虽然它们的免疫系统的结构和功能与我们的大不相同，但植物和人类一样，也会对外部威胁做出反应。这些免疫反应在双子叶植物模型中得到了广泛的研究，但在单子叶植物模型中研究较少。
非表达病原相关(NPR)基因家族是已知的控制防御信号期间的病原体攻击。在拟南芥(Arabidopsis thaliana, dicot)中，NPR1 (AtNPR1)作为水杨酸(SA)的结合位点，并与TGA转录因子组(tf)相互作用，TGA转录因子组负责根据需要打开或关闭基因。这激活了防御基因，如致病相关蛋白1 (PR-1)，最终控制植物的免疫反应。这在单子叶植物中也会发生吗?日本东京科学大学有村元一郎教授领导的研究小组决定找出答案。
他们知道，一些单子叶植物，如水稻和小麦，在面对病原体攻击时也会表现出类似的npr1介导的免疫反应。然而，研究小组认为其他单子叶植物可能会有不同的反应，他们也想研究其他的npr，如AtNPR3/AtNPR4，它们可能与NPR1有相反的作用。因此，Arimura教授和他的同事们选择研究单子叶双花短柄植物(通常被称为南方浮萍)的NPR功能和免疫反应。
他们的研究发表在《植物杂志》上，解释了二歧双歧杆菌中的NPR基因如何调节tga促进防御反应基因的转录。
研究人员首次发现并克隆了单子叶双子叶植物的NPR基因bdnpr1、2和3序列，该序列与包括拟南芥在内的其他双子叶植物的NPR序列相似。在水杨酸甲酯处理下，BdNPR2的表达量显著升高，而BdNPR1/BdNPR3的表达量没有升高，表明BdNPR2在植物防御反应中具有积极作用。研究人员还通过观察二歧双歧杆菌原生质体中的基因表达和分子相互作用，证实了其中一种BdNPRs (BdNPR2)激活了二歧双歧杆菌中的BdTGA-1(就像其他植物一样)。这些实验表明，BdTGA1与BdNPR2相互作用上调PR-1的表达，从而巩固了NPR2在二歧双歧杆菌免疫应答中的作用。
这种反应是由SA介导的吗?另一个相关的问题，研究小组通过创造一个突变的NPR2基因来回答。Arimura教授指出:“某些氨基酸残基——尤其是精氨酸(Arg)——在拟南芥NPRs中与SA结合。所以，我们的突变体NPR2缺失了一种特定的精氨酸残基arg468。”与正常野生型NPR2相比，该突变体增加PR-1表达的效果较差，这意味着Arg468对SA与NPR2结合至关重要，进而上调PR-1。有趣的是，他们的实验也发现BdNPR1抑制了这种上调，这表明它在二歧双歧杆菌中扮演着免疫抑制剂的角色。
有村教授为我们总结了这一切。“当植物处于健康状态时，BdNPR1可能会阻止BdNPR2激活BdTGA1，保持PR1基因关闭。但当植物受到病原体攻击时，SA水平上升并刺激BdNRP2的表达，然后级联反应，'打开' PR1基因。”Arimura教授对BdNRP2在功能上的独特性感到惊讶，他解释说:“来自二歧杆菌的NPR2与其他植物的序列相似性并不影响它们的功能，因为每种植物的功能都是不同的。”
但这种基因研究如何转化为现实应用呢?许多重要的作物，如小麦和水稻，都是单子叶植物。这些植物容易受到微生物病原体和害虫的影响，因此要用杀虫剂进行处理以避免损害。这些农药会导致环境恶化。有村教授说:“这种恶性循环可以通过了解单子叶植物的防御系统来打破，并以一种更可持续的方式解决它们的易感性问题，即不使用杀虫剂。”他希望这项研究将被用于进一步的植物生物技术。它使我们离解决全球环境和粮食安全问题又近了一步，使我们能够努力建设一个更可持续的社会。
参考:
清水康平，铃木仁美，植村拓哉，野泽明，德崎吉竹，星野亮介，吉田文子，安倍博，西山诚，西山千春，泽崎达也，Gen Arimura一郎。通过NPR和TGA翻译激活免疫基因 criptio Nal调节器在模型中mo nocot Brachypodium distachyon。《植物杂志》，2022;DOI: 10.1111 / tpj.15681推荐阅读：泰国房产
