植物的自卫

当你看到健康绿叶上的褐色斑点时，你可能正在目睹植物的免疫反应，因为它试图阻止细菌感染蔓延。有些植物比其他植物对这种感染更具抵抗力，植物生物学家想要理解为什么。Salk研究所的科学家们正在研究一种名为SOBER1的植物蛋白，他最近发现了一种机制，与植物相反，植物似乎使自己对感染的抵抗力降低。

这项工作于2017年12月19日出现在Nature Communications上，一般揭示植物抗性，并可能导致提高植物天然免疫力或更好地控制可能破坏整个农作物的感染的策略。

该论文的资深作者，霍华德休斯医学研究所研究员，Salk植物分子和细胞生物学实验室主任，以及2018年突破奖获得者表示，“由于杀死植物的细菌，作物产量受到很大损失。”在生命科学。“通过这项工作，我们开始了解阻力如何运作的潜在机制，并了解它的一般性。”

植物对抗细菌感染的方法之一是杀死其自身细胞，其中检测到细菌蛋白质。但是一些细菌已经进化出一种反制策略 - 注射特殊蛋白质，通过向免疫分子添加称为乙酰基的小的禁用化学标签来抑制植物的免疫反应。这个过程称为乙酰化。是什么让某些植物能够抵抗这些细菌对抗措施而其他植物死于感染仍然不清楚。

作为更好地理解这种病原体 - 植物相互作用的一种手段，Chory的团队转向研究得很好的杂草拟南芥，特别是一种名为SOBER1的酶- 之前曾报道过抑制杂草对细菌蛋白质的免疫反应AvrBsT。虽然使用免疫抑制来研究感染抗性似乎违反直觉，但Salk生物学家认为这样做可能会产生有用的信息。

研究人员首先确定了SOBER1的氨基酸序列 - 构建块的特定顺序，使蛋白质具有基本特性。有趣的是，他们发现它与癌症途径相关的人类酶非常相似。该酶含有特征性隧道，其中具有某些类型的修饰的蛋白质可以适合并作为酶促反应的一部分被切割。事实证明，SOBER1可归类为大量蛋白质超家族的一部分，称为α/β水解酶。这些酶具有共同的核心结构，但在它们催化的化学反应中非常灵活，其范围从脂肪分解到称为过氧化物的化学物质的解毒。

接下来，他们使用了一种超过100年的X射线晶体学技术来确定SOBER1的三维结构。虽然类似于人类酶，植物酶的隧道有两个额外的氨基酸从顶部向下粘：一个在入口处，一个在中间。

“当我们看到这些时，我们意识到它们必须对功能产生巨大影响，因为它们基本上会堵塞隧道，”Salk研究员和共同第一作者MarcoBürger说。

为了发现目的可能是什么，Bürger和共同第一作者BjörnWillige，也是一名研究助理，使用不同长度的底物(酶作用的分子)，并通过生物化学方法测试它们与酶的配合程度以及它们是否可以切割。只有某些类型适合并切割 - 非常短的乙酰基。这表明SOBER1是脱乙酰酶 - 一类去除乙酰基的酶。此外，该团队改变了SOBER1，从而打开了堵塞的隧道。随着这种变化，Bürger和Willige设计出一种酶，它对短乙酰基失去了强烈的特异性，反而更喜欢更长的底物。

“对于最初的生物化学实验，我们使用已建立的人造基质，”Willige说。“但接下来我们想看看植物会发生什么。”

为此，他们使用了烟草植物 - 它们具有易于使用的大叶子 - 以及制造AvrBsT的细菌，已知它会引发乙酰化。他们在烟叶的不同区域产生AvrBsT以及SOBER1和几种突变的(因此非功能性)酶。

产生AvrBsT的叶子有棕色的死组织斑块，这表明AvrBsT已经启动了一项细胞死亡计划，以减少病原体的系统性扩散。与SOBER1一起产生AvrBsT的叶片看起来很健康，表明SOBER1逆转了AvrBsT的作用。引人注目的是，具有开放隧道的突变SOBER1版本无法阻止组织死亡。由此，研究人员得出结论，脱乙酰化必然是导致植物免疫反应受到抑制的潜在化学反应。

烟草测试支持SOBER1为脱乙酰酶的想法，该脱乙酰酶将去除细菌蛋白质添加的乙酰基。没有乙酰基标记蛋白质，植物不会将它们识别为外来物，因此不会产生杀死细胞的免疫应答。叶子看起来更健康，因为细胞没有死亡。

“SOBER1的功能令人惊讶，因为它可以使受感染的组织保持活力，从而使植物处于危险之中，”Chory说道，他还担任Salk的Howard H.和Maryam R. Newman植物生物学主席。“但我们刚刚开始了解这些类型的机制，很可能是SOBER1的行动有益的条件。”

进一步的试验表明，SOBER1的活性和功能不仅限于杂草拟南芥，而且还存在于一种称为油菜的植物中，表明Chory实验室的研究结果可用于农作物和生物燃料资源。

接下来，Bürger和Willige将开始筛选可能阻断SOBER1的化学抑制剂，从而使植物对致病菌有完全的免疫反应。