华中农业大学Nature子刊解析植物免疫

　　

生物通报道  来自华中农业大学的研究人员在新研究中证实，棉花细胞色素P450 CYP82D通过硬脂酸信号通路(octadecanoid pathway)调控了系统性的细胞死亡。这一研究发现发表在11月5日的《自然通讯》（Nature communications）杂志上。

华中农业大学的张献龙（Xianlong Zhang）教授是这篇论文的通讯作者。其主要研究方向为棉花细胞离体发育及调控机制、棉花杂种优势利用、棉花纤维发育机制及关键基因功能分析、棉花抗黄萎病机制及防控。

植物时常会遇到大量微生物的挑战，但由于植物具有完善的免疫系统，只有一小部分的微生物能够引起疾病。植物的先天免疫系统是由复杂的信号网络构成，通常包括了两种模式：病原相关分子模式激发的免疫反应(PTI)和效应蛋白激发的免疫反应(ETI)。

PTI主要由病原微生物表面的病原相关分子模式（保守分子如多糖、鞭毛蛋白等）刺激诱导，被胞外受体即所谓的模式识别受体如FLS2等识别，可导致植物产生非特异性的防卫反应（基础防卫反应）（延伸阅读：《Cell Host & Microbe》：周俭民等新发天然植物免疫研究进展 ）。但是当PTI受到病原体效应蛋白抑制时，植物可利用ETI等其他的防御模式来重建病原抗性。

ETI则由植物的抗病蛋白（R蛋白）识别病原微生物产生的效应蛋白引发，被对应的植物抗性蛋白所识别，可使植物产生特异性的防卫反应。ETI往往伴随着超敏反应（HR），包括氧化突发、细胞壁木质化、植物抗菌素累积，以及诱导感染细胞以及它们周围的细胞死亡以阻止病原体传播。HR是植物的一种程序性细胞死亡（PCD）方式，可以导致形成坏死斑、将病原体封闭于死亡细胞之中。这一过程还与水杨酸（SA）的累积相关，由此诱导PR基因表达以及最终建立系统获得性抗性( systemic acquired resistance, SAR)。

近年来,大量的数据表明脂类代谢是建立系统获得性抗性的必要条件。然而衍生自硬脂酸（C18脂肪酸信号通路）的壬二酸(azelaic acid，AZA)和茉莉酸（Jasmonate，JA）被视作是系统获得性抗性的非必要条件；因此，可能有其他的脂类或氧类脂参与了SAR信号，只是尚未被发现。

在这篇新文章中研究人员报告称，在棉花中鉴别出了一个叫做SSN( GhCYP82D)的基因。生物信息学分析结果显示，它属于细胞色素P450s的CYP82家族。利用遗传和代谢方法分析SSN的功能揭示出它在病损形成中起作用。SSN还参与了茉莉酸代谢以及损伤反应。脂肪酸和氧类脂代谢物分析显示，SSN过度表达引起了氢氧化物和ketodiene脂肪酸过度累积，18:2脂肪酸水平下降，而沉默SSN则可引起脂氧合酶（LOX）表达失衡以及过量的过氧化氢脂肪酸累积。他们还证实了一种未知的氧类脂衍生因子是系统细胞死亡必需的一个可变信号，由此推测SSN是在病原体感染时调控超敏反应的一个阀门。

新研究发现了一个参与SAR信号形成的新信号通路，并揭示出了有可能调控茉莉酸信号通路的一个新的代谢分支。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Cotton cytochrome P450 CYP82D regulates systemic cell death by modulating the octadecanoid pathway

Plant oxylipins are derived from unsaturated fatty acids and play roles in plant growth and development as well as defence. Although recent studies have revealed that fatty acid metabolism is involved in systemic acquired resistance, the precise function of oxylipins in plant defence remains unknown. Here we report a cotton P450 gene SILENCE-INDUCED STEM NECROSIS (SSN), RNAi suppression of which causes a lesion mimic phenotype……

作者简介：

张献龙

男，华中农业大学教授、博士生导师。“****”第一批百千万工程领军人才，国家教学名师，全国优秀教师，享受国务院政府特贴。兼任作物遗传改良国家重点实验室副主任、中国棉花学会副理事长、湖北省棉麻学会理事长、湖北省遗传学会副理事长、作物学报副主编、棉花学报副主编、华中农业大学学报主编、PLoS ONE、Plant Biotechnology Journal编委等。主要研究方向为棉花细胞离体发育及调控机制、棉花杂种优势利用、棉花纤维发育机制及关键基因功能分析、棉花抗黄萎病机制及防控。
曾在加拿大、美国和英国分别从事访问研究。主持 “973”、“863”、“948”、国家自然科学基金、国家转基因植物研究专项、农业领域国家公益性行业专项等课题。带领的棉花科研团队是湖北省科技创新团队。培育出“华杂棉1号”、“华杂棉2号”、“华惠103”、“华杂棉H318”和“华杂棉4号”等棉花新品种。发表SCI论文80多篇，主编参编教材或专著8部。获国家科技进步二等奖1项，湖北省科技进步一等奖2项，发明二等奖1项，教育部自然科学二等奖1项。国家教学一等奖1项，湖北省教学成果特等奖1项。指导的博士学位论文获2008全国优秀百篇博士学位论文。另有两篇博士论文获全国优秀百篇博士论文提名，4篇博士论文当选湖北省优秀博士论文。