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Trends in Plant Science | 铁三角:水杨酸与植物生长-免疫之间的权衡取舍!

知今 Ad植物微生物 2022-11-03

水杨酸(SA)是一种植物激素,几乎只与促进免疫力有关。众所周知,SA对植物生长有负面影响,然而,只有有限的努力致力于解释SA作用的这个方面Cell | 专家点评:植物免疫期间如何不“殃及池鱼”?PLOS GENETICS | 德国马普所揭示温度调控植物免疫与生长之间权衡取舍的机制!。2021年12月3日,国际权威学术期刊Trends in Plant Science发表了Igor PokotyloEric Ruelland等人的最新相关研究成果,题为A ménage à trois: salicylic acid, growth inhibition, and immunity的综述论文。在这篇综述中,科研人员集中讨论与SA有关的生长减少,并讨论它是否是一个调节过程,以及SA在免疫中的作用是否必须伴随着生长抑制。科研人员强调了干扰生长的SA的分子靶标,并描述了SA可以在不影响生长的情况下提高植物免疫力的情景。

 


在植物中,SA的基础水平很低,根据植物器官和组织的不同而不同。拟南芥成年植株在莲座中含有1-10 nmol/g鲜重(FW)的SA,在根部含有约350 pmol/g FW。然而,在遇到病原体时,SA含量会上升到更高的水平。SA在免疫中的作用现在已被理解;它通过与NONEXPRESSER OF PR GENES 1(NPR1)低聚物结合和调节细胞膜还原力的增加而发挥作用Nature | 董欣年和郑宁团队研究揭示拟南芥NPR蛋白感知水杨酸的结构机制!)。这两个事件触发了NPR1的脱聚,这个过程也涉及到硫氧还蛋白(TRX)。NPR1单体移动到细胞核,在那里与TGA转录因子(图1)相互作用,诱导转录变化,包括编码具有抗菌活性的蛋白质的PATHOGENESIS-RELATED(PR)基因的表达。NPR3和NPR4也是SA受体。然而,即使在没有NPR1的情况下,它们也能发挥作用。

激活后,SA途径会导致植物对病原体的抵抗力。然而,SA的积累对植物的无性生长有强烈的负面影响。这可以从感染诱导的SA积累后的拟南芥和生长在含有SA的培养基上的拟南芥的发育不良表型中看出。此外,大多数显示基础SA过量积累的突变体是矮小的。通过将这些突变体品系与sid2或NahG植株杂交,已经证明这种矮小确实是由SA引起的。Sid2植株缺乏SalICYLIC ACID INDUCTION DEFICIENT 2,这是一种SA生物合成的酶;NahG植株表达一种细菌水杨酸羟化酶(图1)。在这两个品系中,SA的积累都被废除了。


图1 水杨酸(SA)的合成和病原体反应信号


在生长抑制方面,SA敏感性的阈值取决于组织和物种。在水稻幼苗中,1mM的外源SA对地上部分的生长不产生任何可测量的抑制作用,而浓度低至10 μM的SA对拟南芥幼苗的根的生长有抑制作用。

 
  • 水杨酸(SA)是一种激素,在对病原体的免疫过程中会在植物中积累。

  • SA积累的一个副作用是植物生长的减少,这并不是由SA的毒性引起的。

    它是以控制的方式进行的,SA作为一种信号分子发挥作用。

  • 多种机制参与了SA诱导的生长抑制,包括修改代谢,与其他激素的相互作用,以及影响ROS信号。

    这涉及到SA结合蛋白以及转录组和蛋白质组的重新规划。

  • 在生长抑制中,SA可以独立于NPR1(一种经典的SA结合蛋白)而发挥作用。

  • 需要更好地了解SA诱导的生长抑制,以划定其在免疫中的功能,从而开发抗性作物。


图2 关键的植物能量代谢酶和活性氧(ROS)途径蛋白,是水杨酸结合蛋白(SABPs)

图3 水杨酸(SA)引起的能量代谢途径的转录组变化

图4 水杨酸(SA)和吲哚-3-乙酸(IAA)的相互作用


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