自然生长的植物，无论是叶子还是根部，都处于一个非常活跃变化的微生物菌群环境中。研究表明，植物的叶子和根部对抗微生物的方法存在多方面的不同。比如，当根部遇到细菌时，它会在特定区域——伸长区和过渡区启动一种叫做局部免疫（Localized Immunity，LI）的防御机制。但是，关于根部为何以及怎样启动这种局部免疫的具体机制，科学家们还不是很清楚。
2024年10月，交叉科学与智慧种业装备研究部、湖南大学于峰课题组在国际权威学术期刊Nature Plants上发表了题为Regulated cleavage and translocation of FERONIA control immunity in Arabidopsis roots的研究论文，揭示了受体激酶FERONIA（FER）如何通过其独特的双重分子形态、调控LI，进而平衡根部生长与防御的分子机制。
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研究内容
先前的研究表明，定位在细胞膜上的FER能与RALF家族的小肽配体结合，参与调控包括免疫抑制、受精过程、生长发育及非生物胁迫响应在内的多种生物学过程。不过，对于FER功能多样化及其组织特异性背后的机制了解甚少。本研究揭示了一个关键点：在没有细菌信号刺激的情况下，功能性成熟的RALF23小肽保持在较低的生理浓度，此时全长的FER定位在细胞膜上，起到抑制免疫的作用，以确保植物能够正常生长而不受影响。然而，当细菌开始繁殖或侵入时，功能性成熟的RALF23小肽会快速累积，并激活基质金属蛋白酶At2-MMP，后者特异性地切割FER的胞内激酶域，产生一个截短版的FER（命名为FERN，包含FER激酶域）。FERN随后被运输到过渡区和伸长区的细胞核中，激活局部免疫反应。这一过程为这些易受病原体攻击的区域提供了强有力的保护，有效抵抗微生物的侵袭。因此，全长的FER主要作用是抑制免疫反应，促进植物生长；而经过切割后的FERN则负责激活免疫反应，帮助植物抵御外来微生物的侵害。
图1 FER调控根部局部免疫工作模式图
此研究解决了几个核心科学问题：首先，明确了根部启动局部免疫的具体机制；其次，解释了根部启动局部免疫的原因：既是为了防止细菌的侵入，也是为了在植物的免疫与生长之间找到一个平衡点；最后，发现了FER工作机理的新方面。通过细胞膜定位的全长FER和细胞核定位的截短版FER（FERN）两种形态，实现了FER功能的多样化和特异性，开拓了FER调控细胞活动的新领域。
作者简介
湖南大学生物学院博士后陈佳、徐凡分别为论文第一作者、并列第一作者。岳麓山实验室交叉科学与智慧种业装备研究部PI、湖南大学于峰教授为论文通讯作者。加州大学伯克利分校栾升教授、中国科学院分子植物卓越中心周峰研究员也参与了该工作。研究得到国家自然科学基金、中国博士后基金、湖南省自然科学基金等经费的支持。
