北京
一种威胁全球粮食供应的真菌，正引起科学家的关注。研究人员通过改造植物天然的免疫受体，开发出一种实验性方法，未来可能帮助小麦、水稻和大麦更有效地抵抗真菌感染。
这项研究由英国约翰·英纳斯中心领衔的国际团队完成，合作方包括日本神户大学。研究聚焦于一类新发现的植物免疫受体，科学家识别出这些蛋白质如何识别入侵病原体，并证明可以通过改造让它们检测多种真菌威胁。相关发现已发表在《科学进展》上。
约翰·英纳斯中心研究组负责人、论文作者之一马克·班菲尔德教授说：“我们发现了一些东西，可能带来针对谷类作物最严重真菌病害的潜在干预手段。”
一种破坏性真菌威胁全球粮食供应
这项研究的对象是稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae），它引起的稻瘟病是栽培水稻中最严重的真菌病害，也已成为亚洲和非洲部分地区小麦和大麦的主要威胁。
损失是巨大的。每年，稻瘟病毁掉的水稻足以养活约6000万人。随着这种真菌扩散到更多农业区域，开发有效的作物保护手段对全球粮食安全变得越来越重要。
这种真菌通过一套复杂的生物策略感染植物。它把被称为效应子的特殊分子送入叶片和茎秆的细胞中。这些分子干扰植物的正常功能，让病原体建立感染并促进病害发展。
不过，植物也演化出了自己的防御系统。专门的免疫受体能够识别这些外来分子，并触发保护性反应。其中一种重要机制是让被感染的细胞在受控的局部区域内死亡，帮助阻止病原体向植物其他部位进一步扩散。
科学家发现一种隐藏的植物免疫防御机制
三十多年来，植物免疫研究大多围绕一类名为核苷酸结合富亮氨酸重复受体（NLR）的蛋白质展开。这些受体在理解作物如何识别和抵御稻瘟病及其他感染方面一直扮演核心角色。
近年来，科学家开始研究谷类作物中另一类免疫蛋白，即串联激酶蛋白（TKP）。尽管研究人员仍在了解这些受体如何运作，但它们似乎为加强植物防御提供了额外机会。
更早的研究显示，一些TKP含有一种称为重金属相关结构域（HMA）的特殊区域。类似的区域也存在于某些NLR受体中，在那里，它们帮助识别病原体效应子并启动免疫反应。
这一共同特征引起了班菲尔德及其同事的注意，因为它提示科学家或许能够重新设计这些受体，使其识别更多真菌威胁。
班菲尔德教授说：“这引起了我们的兴趣。如果我们能通过改变效应子结合处的氨基酸来改造这些整合的HMA结构域，使其具备新特性，我们就能获得所谓的新识别特异性——这可能是植物防御疾病的一条新前线。”
把真菌的攻击分子变成靶子
在这项研究中，研究人员仔细考察了HMA结构域如何与稻瘟病菌释放的分子相互作用。
他们利用生物物理技术和晶体学——一种能确定分子精细三维结构的方法——获得了这些植物受体如何与真菌效应子结合的高分辨率视图。
结果显示，HMA结构域可以充当生物诱饵。通过结合真菌在感染过程中使用的分子，这些区域帮助植物识别入侵病原体的存在并激活防御。
有了这些结构信息，研究人员改造了TKP免疫受体，使其能够识别两种不同的真菌效应子，这两种效应子分别与小麦和大麦的感染相关。
这种检测多个目标的能力被称为双重特异性，在天然存在的免疫受体中并不常见。证明它可以通过蛋白质工程引入，意味着一条有希望的路：扩大作物免疫系统能识别的威胁范围。
这些发现也为研究不同谷类作物中其他新近发现的TKP打下了基础。科学家或许最终能设计出定制化的免疫受体，同时检测多种真菌效应子，从而可能让植物更难被病原体感染。
改造作物以获得更强的抗病性
尽管这些发现令人鼓舞，但这项技术仍处于早期实验阶段。
研究人员最初使用的是原生质体——单个小麦细胞，作为研究植物免疫反应的简化模型。
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