植物如何在雨中激活免疫系统对抗病原体

最近的一项研究表明，当植物暴露在雨水中时，叶表面被称为毛状体的毛发状结构将雨水视为致病的风险因素，并激活其免疫系统以防止感染。这些发现可能有助于开发保护植物免受雨水引起的传染病的方法。

　　

名古屋大学(Nagoya University)的研究人员和同事最近进行的一项研究表明，当植物接触到雨水时，叶子表面的毛发状结构——毛状体(trichotes)会识别出雨水是引发疾病的危险因素，并激活免疫系统以防止感染。这些发表在《自然通讯》杂志上的发现，可能有助于开发保护植物免受雨水引起的传染病的方法。

植物有自己的免疫系统，就像人类和其他多细胞生物一样。当植物检测到病原体时，它们会表达与免疫相关的基因来防止自己被感染。雨滴含有病原体，如细菌、丝状真菌和病毒，因此可以导致植物疾病。考虑到这一点，研究人员假设，植物可以识别雨水是疾病的一个风险因素，并做出反应，以某种方式保护自己免受这种风险。

为了了解植物对雨水的反应，名古屋大学的泰田康美教授和助理教授野本美香领导的研究小组利用拟南芥幼苗进行了研究。该团队首先进行了RNA测序分析，以检测当叶片暴露在雨水中时，哪些基因会在叶片中表达。他们发现，几个主要的免疫相关基因在下雨时表达，这些基因受称为CAMTAs(钙调素结合转录激活因子)的免疫抑制基因调控。

由于CAMTAs是由钙离子(Ca2+)控制的，研究小组假设，雨水有助于增加细胞中的Ca2+浓度。因此，他们通过向拟南芥叶片中引入GCaMP3(一种与Ca2+结合时发出绿色荧光的基因)，研究了Ca2+水平在下雨时是如何变化的。他们发现，当叶子暴露在雨水中时，叶子表面毛状体周围的Ca2+水平会增加。

结果表明，毛状体感觉雨是一个危险因素，并诱导钙波(Ca2+局部增加传播到周围区域)穿过叶片，使免疫抑制剂CAMTA失活，从而激活免疫相关基因。为了证实这一点，他们接下来用同样的方法对缺乏毛状体的拟南芥进行了实验，结果表明，钙波在突变体中的传播受到了损害。

Tada教授说:“从这些结果中，我们确认毛状体在感知雨的风险因素和激活免疫反应方面发挥了作用。”“我们的发现表明，我们可能能够在任何时间、任何时间内，人为地提高植物的抗病能力。”利用这项技术，我们可以在环境条件恶劣到可能导致植物疾病时激活作物的免疫反应，从而实现作物稳定产量。”

Journal Reference:

1. Mamoru Matsumura, Mika Nomoto, Tomotaka Itaya, Yuri Aratani, Mizuki Iwamoto, Takakazu Matsuura, Yuki Hayashi, Tsuyoshi Mori, Michael J. Skelly, Yoshiharu Y. Yamamoto, Toshinori Kinoshita, Izumi C. Mori, Takamasa Suzuki, Shigeyuki Betsuyaku, Steven H. Spoel, Masatsugu Toyota, Yasuomi Tada. Mechanosensory trichome cells evoke a mechanical stimuli–induced immune response in Arabidopsis thaliana. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-28813-8