植物活體成像助力探究遠(yuǎn)紅光調(diào)控植物抗病毒免疫的新機(jī)制

近日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉玉樂教授團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院龔騫研究員團(tuán)隊(duì)合作在揭示遠(yuǎn)紅光調(diào)控植物抗病毒免疫的新機(jī)制方面取得了新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際知名期刊《Science Advances》（IF= 12.5、一區(qū)期刊）上。

光作為植物生長的核心環(huán)境信號，其光譜組成在黎明和黃昏會(huì)發(fā)生顯著變化，此時(shí)遠(yuǎn)紅光（FR）富集，而這兩個(gè)時(shí)段恰好是蚜蟲、粉虱等蟲傳病毒媒介昆蟲的活動(dòng)高峰，直接加劇了植物的病毒感染風(fēng)險(xiǎn)。盡管已知光信號可調(diào)控植物生長發(fā)育與部分免疫反應(yīng)，且遠(yuǎn)紅光受體光敏色素 A（phyA）參與免疫調(diào)控，但遠(yuǎn)紅光是否及如何影響植物抗病毒防御，長期以來仍是未解之謎。同時(shí)，韌皮部取食昆蟲能傳播約 80% 的植物病毒，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大損失，而植物如何通過感知光環(huán)境波動(dòng)，同步抵御昆蟲侵襲與病毒感染的協(xié)同防御機(jī)制，以及病毒是否存在針對性的反防御策略，這些關(guān)鍵問題均缺乏深入研究，亟待科學(xué)解析。

基于此，該研究揭示了遠(yuǎn)紅光介導(dǎo)植物抗病毒防御的完整分子機(jī)制與病毒的反防御策略：遠(yuǎn)紅光（黎明 / 黃昏富集）通過激活光敏色素 A（phyA），誘導(dǎo)光敏色素互作因子 1（PIF1）降解，解除其對轉(zhuǎn)錄因子 RVE7 的抑制，進(jìn)而激活 EDS1 基因表達(dá)，通過水楊酸（SA）信號通路，既增強(qiáng)植物對黃瓜花葉病毒（CMV）、馬鈴薯 Y 病毒（PVY）等的直接抗性，又提升對蚜蟲的抵抗力，實(shí)現(xiàn) “抗病毒 + 抗蟲媒” 雙重防御，且該通路的核心基因 phyA、RVE7、EDS1 缺一不可。而 CMV、PVY、TMV 等多種病毒則進(jìn)化出保守反制策略，其編碼的 RNA 依賴的 RNA 聚合酶（RdRP）會(huì)競爭性破壞 phyA 與核轉(zhuǎn)運(yùn)因子 FHY1 的結(jié)合，阻斷 phyA 核轉(zhuǎn)運(yùn)，抑制下游防御通路激活，削弱植物抗性。這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明了植物感知光信號應(yīng)對蟲傳病毒的分子邏輯，還為溫室園藝中利用遠(yuǎn)紅光 LED 精準(zhǔn)補(bǔ)光、開發(fā)環(huán)境友好型作物病害防控技術(shù)提供了重要理論支撐。

文章中，研究團(tuán)隊(duì)利用廣州博鷺騰生物科技有限公司 PlantView 植物活體成像系統(tǒng)開展了一系列熒光素酶報(bào)告基因檢測實(shí)驗(yàn)。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1126/sciadv.adz7663