据说,世界农业生产损失的10%至15%是由疾病造成的。由于 70-80% 的植物病害是由丝状真菌引起的,因此保护农作物免受丝状真菌的侵害是有效养活世界人口的一个重要问题。病原真菌为了感染植物,必须突破植物的表皮细胞并侵入内部。换句话说,植物表皮细胞是阻止环境中病原真菌侵袭的第一道屏障。那么表皮细胞有哪些防御功能呢?
有趣的是,人们知道植物的表皮含有不参与光合作用的小叶绿体。但目前还不清楚它有什么功能。为什么植物表皮中有对光合作用贡献不大的小叶绿体?
信州大学农学院助理教授 Hiroki Irieda 和京都大学研究生院农学研究生院 Yoshitaka Takano 教授发现,植物表皮中的小叶绿体控制着真菌病原体的进入。两人发现,小叶绿体响应真菌攻击而在细胞内急剧移动到表面层,并参与这种防御反应。
在这项研究中,两人首先研究了表皮叶绿体对哪种病原真菌有反应。结果,他们发现多种致病性丝状真菌会引起表皮叶绿体的表面迁移。有趣的是,还发现这些致病性丝状真菌是所谓的“未适应”,并且被阻止入侵表皮细胞。另一方面,在表皮叶绿体已停止迁移至表层的植物中,适应的病原真菌更有可能侵入表皮。
接下来,他们成功地找到了参与表皮叶绿体表面迁移的植物蛋白。当通过基因转移引入过量产生这种蛋白质的植物时,表皮叶绿体不会移动到表层来抵抗致病性丝状真菌。在这种转基因植物中,对病原性丝状真菌表皮入侵的免疫力降低。研究还发现,在表皮叶绿体停止迁移至表层的植物中,病原真菌更有可能侵入表皮。这些结果表明表皮叶绿体向表层的迁移参与了阻止病原真菌入侵的防御反应。
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