蛋白磷酸化修饰在植物-病原微生物互作中的作用研究进展

蛋白磷酸化修饰是植物细胞信号调控的普遍机制。植物-病原微生物互作过程中, 关键调控蛋白的磷酸化状态影响免疫信号的激活。多种病原微生物通过干扰宿主蛋白的磷酸化状态攻击免疫系统, 以提高致病性。该文对植物免疫调控过程中关键元件的磷酸化修饰及其在免疫信号中的调控作用进行了综述。研究植物-病原菌互作过程中关键蛋白的磷酸化修饰, 有助于深入探讨植物-病原微生物互作的分子机理。该文将为寻找广谱抗病的新途径提供理论依据。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

植物病原-媒介昆虫互作:研究进展与展望

大多数植物病毒及一些植物病原细菌由介体昆虫传播。植物病原与介体昆虫关系的研究有助于找到防控介体传播病原的关键环节,因此植物病原与介体昆虫的互作关系是植物病原传播机理研究中的核心问题。本文概述了国内外在植物病原与介体昆虫互作研究的最新进展,推介了本专辑论文的主要内容,并在此基础上,从生态和进化的角度提出了在植物病原-媒介昆虫互作研究中以下3个值得关注的研究方向:(1)植物病原与介体昆虫互作对生态系统的影响;(2)昆虫介体传播植物病毒的不同方式之间的关联性以及病毒、介体和植物之间的协同进化关系;(3)自然条件下植物病原-媒介昆虫互作的机理。植物病原与媒介昆虫互作的研究,既是生态和进化的理论问题,也和植物病原及其介体昆虫的绿色防控密切相关。     

植物与病原菌互作的分子机制研究进展

植物的先天免疫主要包括模式识别受体对保守的微生物病原相关分子模式的识别和抗病蛋白对效应蛋白的识别。植物与病原体互作过程中存在广泛的信号交流,信号分子在植物与病原体的互作攻防中发挥了重要的调控作用,决定了二者的竞争关系。当前,大量植物与病原体互作中的信号分子被定位和克隆,其作用方式被揭示。本文总结了这些信号分子及其在植物免疫过程中的作用机制,主要包括植物细胞表面的模式识别受体分子对病原相关分子模式的识别与应答,植物抗病蛋白对病原体效应蛋白的识别与应答,以及免疫反应下游相关信号分子及其在植物抗病中的作用。此外,本文对未来相关研究提出了展望。     

miRNA介导植物-微生物互作中的调控作用及其研究进展北大核心CSCD

微生物与植物之间存在错综复杂的双向交流和串扰,植物与病原微生物互作直接影响寄主植物的生存状况,而植物和益生微生物互作则有利于宿主的生长和健康,共生微生物也会从中受益。不管是病原微生物还是有益微生物进入植物体内,植物miRNA都会迅速做出响应,同时微生物也可以产生miRNA样RNA(miRNA-likeRNA,milRNA)影响植物健康,可见miRNA(或milRNA)是植物与微生物互作过程中迅速响应的重要媒介分子,其内在机制研究近年来取得了许多进展。文中概述了植物-病原微生物、植物-益生微生物互作中miRNA的调控作用,重点阐述了植物miRNA在植物-病原微生物互作过程中对寄主植物抗病性的调控作用和植物-益生微生物互作过程中对宿主植物生长发育及代谢的调控,以及真菌milRNA对寄主植物的跨界调控作用。     

茉莉素与植物生物胁迫反应

植物固定生长不能移动,时刻面临着害虫咬噬、病原微生物侵染等多种外界环境胁迫。为了应对这些胁迫,植物进化出了复杂且被精细调控的防御系统,包括利用植物激素调控抗性基因的表达以及抗性相关次生代谢产物的积累等。有趣的是,许多昆虫和病原微生物被发现能够采用各种策略来逃避、克服甚至操控植物防御系统,以促进其对宿主植物的利用。茉莉素是一种重要的脂质植物激素,调控生长发育的诸多方面,同时也在植物应对多种生物胁迫和非生物胁迫的防御反应中发挥重要作用。近年来,茉莉素的生物合成、信号转导和生理功能等均得到了广泛研究,并取得了一系列重要进展。概述了茉莉素的生物合成调控与信号转导途径,同时也探讨了茉莉素对植物生物胁迫反应的调控机制,并介绍了昆虫和病原微生物对植物茉莉素途径的操控策略,以期为深入理解茉莉素介导的植物与病原生物之间的相互作用提供参考。     

植物与病原微生物互作分子基础的研究进展

植物在与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫防卫体系。植物的先天免疫系统可大致分为两个层面。第一个层面的免疫基于细胞表面的模式识别受体对病原物相关分子模式的识别,该免疫过程被称为病原物相关分子模式触发的免疫(PAMP-triggered immunity,PTI),能帮助植物抵抗大部分病原微生物;第二个层面的免疫起始于细胞内部,主要依靠抗病基因编码的蛋白产物直接或间接识别病原微生物分泌的效应子并且激发防卫反应,来抵抗那些能够利用效应子抑制第一层面免疫的病原微生物,这一过程被称为效应子触发的免疫(Effector-triggered immunity,ETI)。这两个层面的免疫都是基于植物对"自我"及"非我"的识别,依靠MAPK级联等信号网络,将识别结果传递到细胞核内,调控相应基因的表达,做出适当的免疫应答。本文着重阐述了植物与病原微生物互作过程中不同层面的免疫反应所发生主要事件的分子基础及研究进展。     

根际微生物-植物-病毒-介体昆虫多元互作研究进展

近年来各种农作物病虫害的频发,以及化肥、农药滥用带来的系列农业问题的加剧,迫切需要更加环保可持续的方法实现绿色植物保护。植物病毒导致植物严重病害,素有"植物癌症"之称,因其难于防治,高度依赖化学农药防治介体昆虫。农业生态系统中,作物已有的精密调控机制,维持其与周围各种有害或有益生物进行信息交流并成功在复杂的生境中成长,病害的爆发与控制是植物-病原-昆虫之间的抗性节制-反制的博弈过程。植物在整个生活史中与生境中各种生物发生多种相互作用并彼此联系,这些互作利于或不利于其生长发育及繁殖。探索研究利用植物根际微生物群落(Microbiota),提升植物抗虫传病毒病害能力的多元生物互作机制,有助于更好的保护植物健康,提高生态文明。从介绍植物-根际微生物、植物-病毒、植物-昆虫、植物-病毒-昆虫四个互作的子系统研究现状入手,揭示目前所知的各个分系统互联互通的分子机制,并讨论围绕植物根际微生物组进行多元互作研究的趋势及重要意义,以期对有关植物与周围生物互作做较为全面和系统的介绍,从而为基于多元互作机制寻找绿色、可持续的治理植物虫传病害策略提供参考和启发新思路。     

韧皮部取食昆虫诱导的植物防御反应

刺吸式昆虫与寄主植物之间具有特殊的生物互作关系。本文对刺吸式昆虫取食韧皮部诱导的植物防御反应类型、 防御物质变化、 信号途径以及植物反应转录组学研究等方面进行综述。韧皮部取食昆虫取食诱导的植物防御反应机制主要包括： (1)改变自身的营养状况; (2)产生有毒的次生化合物; (3)产生防御蛋白。防御反应与植物水杨酸、 茉莉酸、 乙烯等信号分子密切相关。研究表明, 刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应主要引发以水杨酸为主的信号途径, 但相关分子互作机制还有待明确。日益丰富的基因组资源和不断发展的分子生物学技术为揭示植物防御反应中信号分子的作用机制、 找出植物内生抗性的特异因子以及阐明诱导防御机制奠定了基础。了解刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应, 为深入理解植物-昆虫间协同进化关系提供了依据, 为害虫治理和抗虫植物的培育提供了新的思路。     

植物与病原微生物互作分子基础的研究进展

植物在与病原微生物共同进化过程中形成了复杂的免疫防卫体系。植物的先天免疫系统可大致分为两个层面。第一个层面的免疫基于细胞表面的模式识别受体对病原物相关分子模式的识别, 该免疫过程被称为病原物相关分子模式触发的免疫(PAMP-triggered immunity, PTI), 能帮助植物抵抗大部分病原微生物; 第二个层面的免疫起始于细胞内部, 主要依靠抗病基因编码的蛋白产物直接或间接识别病原微生物分泌的效应子并且激发防卫反应, 来抵抗那些能够利用效应子抑制第一层面免疫的病原微生物, 这一过程被称为效应子触发的免疫(Effector-triggered immunity, ETI)。这两个层面的免疫都是基于植物对“自我”及“非我”的识别, 依靠MAPK级联等信号网络, 将识别结果传递到细胞核内, 调控相应基因的表达, 做出适当的免疫应答。本文着重阐述了植物与病原微生物互作过程中不同层面的免疫反应所发生主要事件的分子基础及研究进展。     

植物招募防御微生物与植物保护

植物根部微生物被称为植物的第二基因组,在植物保护中起到重要的作用.植物整合环境和生物互作信号,调控代谢物的合成与分泌,从而影响根部微生物群落结构.当病原微生物或昆虫侵袭植物时,植物能招募有益微生物协助植物防御.本文对病虫害侵袭植物,根对有益微生物的招募机制及招募微生物参与植物防御的机制进行了综述,并展望了未来的研究方向和热点.     

水稻与病原物互作中植物激素功能的研究进展

水稻是我国最主要的粮食作物,在国民经济和生活中占据重要地位。在水稻的周年生产中,病虫害的控制最为关键。因此,了解水稻与病虫害的互作机理,对水稻的育种和生产具有重要指导意义。植物激素是在植物生命活动中必不可少,调控植物生长、发育、衰老等主要生理过程的一类有机分子。近年来,大量实验证据表明,在植物与病原物互作过程中,植物内源激素也发挥着重要作用。随着水稻抗病和感病的机理解析越来越多,有关植物激素所扮演的重要功能角色也愈发清晰。其中,水杨酸、茉莉酸和乙烯研究最为广泛,它们之间的相互拮抗或协同效应决定了植物对病原物的防御反应强度。其它激素如:油菜素内酯、赤霉素、生长素、细胞分裂素、脱落酸等,单独或者通过调控水杨酸、茉莉酸和乙烯信号分子转导网络也参与植物与病原物互作过程。本研究综述了各大植物激素在水稻抗病或感病中作用,并对其未来研究进行展望,以便为水稻病害的防治提供理论依据。     

20-羟基蜕皮酮调控昆虫先天免疫的分子机制研究进展

昆虫先天免疫(innate immunity)包括细胞免疫(cellular immunity)和体液免疫(humoral immunity)。近年来研究表明,作为昆虫生长发育调节的关键激素之一,20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone, 20E)参与调节了昆虫的先天免疫。本文在介绍昆虫免疫机制的基础上,重点阐述20E调控昆虫先天免疫及微生物影响20E滴度的分子调控机制。20E可以激活细胞免疫和体液免疫来对抗外源入侵微生物,而外源微生物的刺激也会通过3-脱氢蜕皮激素-3β-还原酶(3-dehydroecdysteroid-3β-reductase, 3DE-3β-reductase)促进20E滴度升高。20E对昆虫免疫系统有显著影响,其滴度升高可以激活细胞免疫,包括吞噬(phagocytosis)、包被(encapsulation)和结节(nodulation);而对体液免疫的影响则比较复杂,除可以加速黑化作用(menalization)外,对抗菌肽的表达究竟是促进还是抑制尚不明确。研究人员鉴定发现了一些20E调控体液免疫的关键基因,这些基因的作用途径总结起来可以分为3类:(1)依赖于Toll和IMD等先天免疫通路;(2)依赖于胰岛素(insulin)信号途径;(3)依赖于20E信号通路因子BR-C等的直接调控。但这些通路因子究竟是如何互作以及其分子调控机制等都尚不清楚,值得进一步深入探讨。     

主编导读

<正>本期主编导读主题：重要农艺性状功能基因及植物-微生物互作机制、病毒检测及疫苗研究、微生物与环境、多方位及混合式教学模式。重要农艺性状功能基因及植物-微生物互作机制阐明作物重要农艺性状分子控制的机理,以及植物-微生物(包括有益微生物和病原微生物)互作机制,能够为分子改良和设计重要农艺性状奠定理论基础,进而推动我国育种科学的可持续发展。     

寄主植物对植食性昆虫与昆虫杆状病毒互作的调控

植物与植食性昆虫、植食性昆虫与昆虫杆状病毒之间的两营养级互作关系,至今已有超过半个世纪的研究历史,但这三营养级的互作研究,在近20年才引起科学家的兴趣。在查阅并理解国内外相关文献的基础上,本文主要从植物的物理性状、营养物质和次生代谢物质三个角度出发,剖析植物调控昆虫响应病毒感染的生态生理及免疫机制,阐明植物影响病毒增殖、病毒组分及其感染过程和致病力的机理。此外,本文就植物、植食性昆虫和昆虫杆状病毒互作的研究方向、研究方法,进行了初步展望,以期为更好研究多营养级共存系统的食物网关系,提供理论依据。     

拟南芥与叶际微生物组的互作遗传机制——基于网络作图理论

叶际微生物组对植物的生长发育至关重要，但植物与其定殖微生物组相互作用机制尚不明确。目前植物与微生物互作研究多集中于根际微生物组，对叶际微生物组的研究较少，且这些研究未能从微生物互作的角度探究植物与微生物的相互作用机理。基于网络作图理论，将拟南芥基因组SNP （Single Nucleotide Polymorphisms）分子标记数据与微生物组网络特征值相关联，挖掘影响叶际微生物组网络结构的枢纽基因，以探究拟南芥塑造叶际微生物组网络结构的遗传机制。通过对188株拟南芥及其叶际微生物组数据的分析，识别出四种关系下的中心节点微生物，筛选到622个显著SNP位点。进一步构建了贝叶斯遗传网络，获得26个枢纽基因，这些基因可能参与了植物抗病、激素分泌和生长发育相关的分子途径。本研究从全基因组角度探究植物调控自身微生物组的遗传机制，揭示植物与微生物组如何互作促进植物健康，将为精准分子育种提供理论基础和遗传资源，并为合成菌群用于创制新型菌剂提供数据支持，具有重要的科学意义和应用价值。     

泛素-蛋白酶体系统在昆虫先天免疫中的调控作用

完善的先天免疫系统使得昆虫成为分布最广、适应性最强、物种多样性最丰富的动物类群。在长期的进化过程中,昆虫建立了一套安全有效的先天免疫系统,一方面在面对外界微生物攻击的时候及时有效的发生免疫应答反应;另一方面通过免疫抑制来调控适度免疫应答,避免对自身发动攻击和控制环境共生菌刺激引起的免疫应答信号通路的持续激活。泛素-蛋白酶体系统在昆虫先天免疫中具有重要的调控作用,在Toll和IMD信号通路中,通过对免疫应答通路中信号分子的泛素化修饰加工,促进或抑制抗菌肽的表达,从而使免疫反应达到一个平衡。本文通过对泛素-蛋白酶体系统在Toll和IMD信号通路中的免疫应答和免疫抑制方面的研究进行综述,阐明了该系统在昆虫先天免疫中的调控作用,将有助于开展农业害虫与其天敌之间相互关系的深入研究,揭示其免疫调控机理,为开发生物农药,进行生物防控提供理论依据。     

豆科植物-根瘤菌共生固氮的免疫调控机制

在长期进化中,根瘤菌与豆科植物形成一种独特的互惠共生关系——共生固氮。根瘤菌-豆科植物共生互作与病原细菌激发植物病原反应极为相似,然而根瘤菌的入侵和定殖并没有激发宿主豆科植物过度的防御反应,植物也进化出特殊的共生信号转导和根瘤发育途径来"邀请"根瘤菌的入侵和定殖。此外,植物防御反应也很大程度上调控根瘤菌与豆科植物共生的宿主特异性。越来越多的研究表明,植物防御反应在调控根瘤菌匹配识别、入侵、定殖以及类菌体发育等方面起关键调控作用。从植物免疫反应角度综述了根瘤菌与豆科植物共生互作的最新进展,通过与病原菌-植物互作的病原反应对比,论述了根瘤中植物感知微生物相关分子模式(MAMP,Microbe-Associated Molecular Patterns)和效应蛋白引起的免疫反应的调控机制。     

系统素、茉莉酸在番茄系统伤反应中的作用

当植物受到机械损伤或昆虫伤害时,植物体会在受伤部位产生伤信号分子启动防御基因的系统表达,蛋白酶抑制剂基因是防御基因的一典型代表.番茄是研究植物系统伤信号很好的模式植物,目前,三种类型的番茄系统伤信号突变体被鉴定出来,通过对番茄系统伤信号突变体进行功能分析并在它们之间进行相互嫁接实验,研究结果表明系统素和茉莉酸通过同一信号通路来激活防御基因的系统表达.系统素(或它的前体原系统素)在受伤部位激活茉莉酸的合成,使之达到系统反应的水平,应对外来伤害;茉莉酸或其衍生物是重要的系统伤信号分子,它诱导伤防御基因的系统表达.植物的系统伤反应可比做动物的炎症反应,它们之间有许多相似之处.