通过改变诱饵 生物学家将植物的细菌防御技术转化为攻击性病毒

印第安纳大学的科学家修改了一种植物基因，通常可以抵抗细菌感染，从而赋予对病毒的抵抗力。该方法将在2月12日发表在“ 科学 ”杂志上的论文中描述，这是该植物的先天防御系统首次被改变以提供对新疾病的抵抗力。它也是IU研究与技术公司提交专利的主题。

“我们的结果表明，这种方法涉及对现有基因进行单一的微小改变，广泛适用于影响具有经济重要性的植物的大量疾病，”IU布鲁明顿艺术与科学学院教授Roger Innes说。领导这项研究的生物系。这不仅包括病毒和细菌感染，还包括由真菌，卵菌 - 真菌样微生物引起的疾病，这些微生物引起爱尔兰马铃薯饥荒和线虫蠕虫。在全球范围内，农作物疾病每年都会影响数十亿人的收入和粮食供应。

结果是Innes近20年对植物免疫力调查的结果。自1991年以来，他的工作一直由美国国立卫生研究院或国家科学基金会资助，包括1月份颁发的NSF补助金，用于将本研究中使用的技术应用于农作物。

此次研究报告还包括Sang-Hee Kim，Dong Qi和Tom Ashfield，他们是今天研究报告时生物学系的博士后研究员，以及研究生Matthew Helm。

与产生直接与病原体分子结合的特异性抗体的人体免疫系统不同，植物通过感知它们在细胞内引起的损伤来间接检测病原体的存在。一旦检测到病原体，植物就会产生强烈的防御反应，阻挡病原体，使其失去食物和水分。

Innes的实验室研究了感染这种病原体引起的损伤的植物蛋白质。他们发现这些传感器具有高度特异性，大多数只识别非常小的病原体。其他小组已经尝试 - 但收效甚微 - 扩大这些传感器的特异性，以开发具有更强免疫系统的作物。

IU团队没有尝试构建更好的传感器，而是选择创造“诱饵”蛋白质，这些蛋白质将被病原体用于引发疾病的酶所靶向。当现有的传感器蛋白质通过病原体酶检测到这些诱饵蛋白质的修饰时，抗性被激活。Innes说，修改这些诱饵蛋白以检测多种病原体是一项相对容易的任务。

使用这种诱饵方法，IU团队能够扩大传感器蛋白的识别能力，该蛋白通常检测细菌病原体Pseudomonas syringae，以检测两种不同的病毒病原体，芜菁花叶病毒和烟草蚀刻病毒，从而扩大植物的抗病性。

“我们将这种方法比作在捕鼠器中切换诱饵，”Innes说。“除了捕捉老鼠之外，改良的诱饵使我们能够捕捉到完全不同的动物。而且由于大多数病原体使用类似的酶来引发疾病，这种一般的”诱饵“方法应该能够设计出对多种植物病毒的持久抗性，以及真菌和其他病原体。“

IU团队的实验是在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中进行的，拟南芥是一种芥菜植物，也称为拟南芥，小鼠耳朵水芹或拟南芥。该团队目前正在努力重现其在大豆和大麦中的结果，因为两种作物都使用与拟南芥相同的机制对丁香假单胞菌作出反应。

作为食品和生物燃料的主要来源，大豆是世界上第六大常见作物。根据IU Kelley商学院印第安纳州商业研究中心的报告，在美国，印第安纳州在2012年的大豆产量排名第二。

大豆也是面临气候变化威胁不断增加的众多作物之一。这些包括大豆花叶病毒，现在由大豆蚜虫迅速向北蔓延，亚洲大豆锈病是一种来自南美洲的真菌病，它于2005年抵达美国，目前受到对鱼类和无脊椎动物有毒的农药的控制。

“随着气温上升，新的昆虫和真菌疾病将越来越多地迁移到北美，”英尼斯说。“通过开发新的遗传方法来抵抗作物中的这些病原体，我们希望我们的工作能够在不向环境中引入新化学物质的情况下减少这些威胁。”