當(dāng)你在原本健康的綠葉上看到棕色斑點(diǎn)時(shí)，你可能看到的是植物試圖阻止細(xì)菌感染擴(kuò)散的免疫反應(yīng)。有些植物比其他植物更能抵抗這種感染，植物生物學(xué)家想知道原因。索爾克研究所的科學(xué)家們研究了一種名為SOBER1的植物蛋白，最近發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制，植物似乎降低了自身對(duì)感染的抵抗力。

這項(xiàng)研究發(fā)表在2017年12月19日的《自然通訊》(Nature Communications)雜志上，它揭示了植物的普遍抗性，并可能為提高植物的自然免疫力或更好地遏制威脅整個(gè)農(nóng)業(yè)作物的感染提供策略。

“由于殺死植物的細(xì)菌，作物產(chǎn)量有很大損失，”該論文的高級(jí)作者喬安妮·喬里(Joanne Chory)說(shuō)。喬里是霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所(Howard Hughes Medical Institute)的研究員，索爾克植物分子和細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任，2018年獲得生命科學(xué)突破獎(jiǎng)(Breakthrough Prize in Life Sciences)。“有了這項(xiàng)工作，我們開(kāi)始了解阻力如何起作用的潛在機(jī)制，并了解它有多普遍。”

植物對(duì)抗細(xì)菌感染的方法之一是殺死檢測(cè)細(xì)菌蛋白的細(xì)胞。但是一些細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化出了一種對(duì)抗策略——通過(guò)向免疫分子中添加一種叫做乙?；男〉?、能使其失效的化學(xué)標(biāo)簽，注射特殊的蛋白質(zhì)來(lái)抑制植物的免疫反應(yīng)。這個(gè)過(guò)程叫做乙?；Ｊ鞘裁词沟媚承┲参锬軌虻挚惯@些細(xì)菌對(duì)抗措施，而另一些植物卻死于感染，這還不清楚。

為了更好地理解這種病原與植物的相互作用，喬里的研究小組求助于研究充分的雜草擬南芥，特別是一種名為sober1的酶，這種酶此前曾被報(bào)道可以抑制雜草對(duì)一種名為AvrBsT的細(xì)菌蛋白質(zhì)的免疫反應(yīng)。雖然用免疫抑制來(lái)研究感染耐藥性似乎有違直覺(jué)，但索爾克生物學(xué)家認(rèn)為，這樣做可能會(huì)產(chǎn)生有用的信息。

研究人員從確定SOBER1的氨基酸序列開(kāi)始，SOBER1的氨基酸序列是構(gòu)成蛋白質(zhì)基本特性的特定的氨基酸序列。有趣的是，他們發(fā)現(xiàn)它與一種與癌癥路徑相關(guān)的人類(lèi)酶非常相似。這種酶包含一個(gè)特殊的通道，在這個(gè)通道中，具有特定修飾類(lèi)型的蛋白質(zhì)可以作為酶反應(yīng)的一部分被適應(yīng)和切割。結(jié)果證明SOBER1可以被歸類(lèi)為一個(gè)被稱(chēng)為/水解酶的蛋白質(zhì)超家族的一部分。這些酶有一個(gè)共同的核心結(jié)構(gòu)，但在它們催化的化學(xué)反應(yīng)中非常靈活，這些化學(xué)反應(yīng)從分解脂肪到解毒的化學(xué)物質(zhì)稱(chēng)為過(guò)氧化物。

接下來(lái)，他們使用了一種100多年前的技術(shù)——x射線晶體學(xué)來(lái)確定SOBER1的三維結(jié)構(gòu)。與人類(lèi)的酶類(lèi)似，植物酶的隧道頂部有兩個(gè)額外的氨基酸:一個(gè)在入口，一個(gè)在中間。

“當(dāng)我們看到這些時(shí)，我們意識(shí)到它們必須對(duì)功能產(chǎn)生巨大的影響，因?yàn)樗鼈兓旧隙伦×怂淼溃?rdquo;索爾克研究所的副研究員兼第一作者馬可·伯格(Marco Burger)說(shuō)。

為了發(fā)現(xiàn)其目的可能是什么，伯格和同樣是研究助理的第一作者之一比約恩威利格(Bjorn Willige)使用了不同長(zhǎng)度的底物(酶作用的分子)，并用生物化學(xué)方法測(cè)試了它們?cè)诿钢械倪m應(yīng)性，以及它們是否可以被切割。只有某些類(lèi)型適合和切割非常短的乙?；＿@表明SOBER1是一種去乙?；?mdash;—一種去除乙?；拿浮４送?，研究小組還改變了SOBER1基因，從而打開(kāi)了堵塞的隧道。在這種變化下，Burger和Willige設(shè)計(jì)了一種酶，這種酶對(duì)短乙?；チ撕軓?qiáng)的特異性，轉(zhuǎn)而青睞較長(zhǎng)的底物。

“在最初的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們使用的是已經(jīng)建立的人工基質(zhì)，”威利格說(shuō)。“但接下來(lái)我們想看看植物會(huì)發(fā)生什么。”

為此，他們使用了煙草植物——這種植物的葉子很大，很容易處理——和一種細(xì)菌，這種細(xì)菌含有一種叫做AvrBsT的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)可以引發(fā)乙?；磻?yīng)。他們?cè)跓熑~的不同區(qū)域與SOBER1和幾種突變(因此是非功能性)的酶一起產(chǎn)生AvrBsT。

產(chǎn)生AvrBsT的葉片上有褐色的死組織塊，表明AvrBsT啟動(dòng)了細(xì)胞死亡程序，以抑制病原體的系統(tǒng)性傳播。與SOBER1一起產(chǎn)生AvrBsT的葉片看起來(lái)很健康，說(shuō)明SOBER1逆轉(zhuǎn)了AvrBsT的作用。引人注目的是，突變的SOBER1基因帶有一個(gè)開(kāi)放的隧道，無(wú)法阻止組織死亡。研究人員由此得出結(jié)論，去乙?；欢ㄊ菍?dǎo)致植物免疫反應(yīng)抑制的潛在化學(xué)反應(yīng)。

煙草試驗(yàn)支持SOBER1是一種去乙酰酶的觀點(diǎn)，它可以去除細(xì)菌蛋白添加的乙?；?。如果沒(méi)有乙酰基組標(biāo)記蛋白質(zhì)，植物就無(wú)法識(shí)別它們是外來(lái)的，因此也就無(wú)法產(chǎn)生殺死細(xì)胞的免疫反應(yīng)。葉子看起來(lái)更健康，因?yàn)榧?xì)胞沒(méi)有死亡。

喬里說(shuō):“‘清醒’的功能令人驚訝，因?yàn)樗茏屖芨腥镜慕M織存活，這讓植物處于危險(xiǎn)之中。”喬里還擔(dān)任索爾克大學(xué)(Salk)植物生物學(xué)教授霍華德H.紐曼(Howard H. and Maryam R. Newman)和瑪麗亞姆R.紐曼(Maryam R. Newman)的主席。“但我們才剛剛開(kāi)始理解這些類(lèi)型的機(jī)制，在某些情況下，SOBER1的行動(dòng)很可能是有益的。”