近期，Cell杂志发表了题为”The plant immune system: From discovery to deployment“ 的综述文章，作者分别为Jonathan D.G. Jones，Brian J. Staskawicz和Jeffery L. Dangl。其中Jonathan D.G. Jones教授在植物病理学和分子生物学领域有着深厚的造诣，尤其在植物免疫系统的研究中贡献卓越。Brian J. Staskawicz教授是植物微生物相互作用领域的先驱，他的研究为理解植物如何识别和抵御病原体提供了重要见解。Jeffery L. Dangl教授在植物免疫和病原体识别机制方面有着广泛的研究，他的工作推动了植物免疫学的发展。
本综述的主要内容如下：
植物疾病不仅影响粮食安全，还驱动人类迁移，对农业可持续性构成挑战。随着气候变化，病原体的分布范围不断变化，给农作物生产带来了更大的压力。幸运的是，植物拥有复杂的免疫系统，能够识别并抵御病原体的入侵。这篇由Jonathan D.G. Jones、Brian J. Staskawicz和Jeffery L. Dangl撰写的综述文章，详细介绍了植物免疫系统的发现历程及其在现代农业中的应用。
Important diseases caused by two basidiomycete rust pathogens
植物疾病的深远影响
植物疾病对人类和环境健康有着深远的影响。历史上，马铃薯晚疫病导致了爱尔兰大饥荒，迫使数百万人移民到美国。英国人喝茶的习惯也是因为斯里兰卡的咖啡作物被锈病摧毁，不得不改种茶树。近年来，佛罗里达的橙子产量在过去五年内下降了80%以上，原因是昆虫传播的Candidatus liberibacter细菌引起的疾病。可可树、咖啡、木薯和香蕉等作物也受到各种病原体的侵害，导致产量大幅下降，种植成本增加。
植物免疫系统的演变
植物免疫系统的发现可以追溯到100多年前，当时植物育种者发现了控制对特定病原体隔离株的抗病性的孟德尔遗传位点。这些研究为现代植物免疫学的发展奠定了基础。植物免疫系统包括细胞外和细胞内受体，这些受体能够识别病原体编码的分子模式或病原体传递的毒性效应子，并激活防御反应。这些受体系统及其下游反应定义了植物免疫系统，自植物登陆以来约5亿年前就开始进化。
植物免疫系统的组成
植物免疫系统主要由两部分组成：模式触发免疫（PTI）和效应子触发免疫（ETI）。PTI是由细胞表面的模式识别受体（PRRs）激活的，这些受体识别病原体相关的分子模式（PAMPs），如细菌鞭毛蛋白或真菌几丁质。ETI则是由细胞内的NLR受体激活的，这些受体能够直接或间接识别病原体效应子。NLR受体的激活导致其寡聚化，形成信号复合体，进而激活下游的防御反应。
植物免疫系统的多样性
植物免疫受体的多样性是植物抵御病原体的关键。NLR蛋白通过守护植物分子或直接识别效应子蛋白来发挥作用。守护型受体通过监测宿主蛋白的状态来间接识别病原体效应子，而直接识别型受体则通过与效应子蛋白的直接相互作用来激活免疫反应。这种多样性不仅增加了植物对病原体的识别能力，还减少了病原体逃避检测的机会。
植物免疫系统的应用
了解植物免疫系统不仅有助于我们理解植物如何抵御病原体，还为开发新的抗病策略提供了理论基础。通过基因编辑技术，如CRISPR，科学家们可以精确地敲除或修改植物中的特定基因，从而增强植物的抗病性。此外，通过堆叠多个NLR基因，可以提高植物对多种病原体的抗性，这种方法在小麦和马铃薯等作物中已经显示出巨大的潜力。
未来展望
尽管我们已经取得了许多进展，但植物免疫系统的研究仍有许多未解之谜。未来的研究将集中在以下几个方面：
如何提高识别每个已知效应子基因的R基因的能力，反之亦然。
小分子配体如何驱动EDS1异源二聚体复合体选择性地招募和激活ADR1和NRG1。
助手NLRs的亚细胞定位及其功能。
ADR1或NRG1如何通过创建Ca2+通道激活转录，是否涉及钙依赖性转录因子。
ROS、DAMP和其他信号如何控制邻近细胞的非自主反应，以及是否存在NLR诱导的级联反应。
植物免疫系统的研究不仅有助于我们理解植物如何抵御病原体，还为开发新的抗病策略提供了理论基础。随着技术的不断进步，我们有理由相信，未来的研究将带来更多令人惊喜的发现。
文章链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00361-1
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