植物防御反应与动物免疫应答的比较及其对应性初探

动物经过数亿年的进化直到脊椎动物阶段出现了渐为完整的免疫系统。植物在与各种病原的共进化过程中亦发展了自身的防御系统。随着对植物抗病性的概念及植物防御机制的不断认识,人们发现它与动物的免疫应答有着众多的对应性。这些对应性是否表明植物的防御系统与动物的免疫系统在进化上具有同一性,是否表明它们在防御反应上具有类似的机制值得深思 。     

植物防御信号分子β-罗勒烯的研究进展

植物为了适应复杂的生活环境,在长期的进化过程中,发展起来了一套与动物免疫系统相似的、高度复杂的防御系统。研究表明,众多的信号分子在调控植物防御反应中起着重要作用。β-罗勒烯是一种与植物防御启动密切相关的信号分子。本文综述了信号分子罗勒烯的结构组成、自然分布、化学合成、植物防御以及信号途径等方面的研究进展,为其进一步的理论研究及农业应用提供了有益参考。     

两栖类皮肤抗菌多肽及其应用

抗菌多肽广泛分布于动物、植物,用于抵御细菌、真菌、病毒和原虫,在进化上是一类非常古老而有效的天然防御物质。两栖动物的后天获得性免疫系统与哺乳动物相比极为脆弱,它们在长期的进化历程中演化形成了一套非常有效的抵御微生物侵袭的防御系统,这套系统主要就是其裸露皮肤表面的抗菌多肽(又称初级免疫或者先天免疫系统)。本文结合本实验室近年的研究工作,对两栖类皮肤抗菌多肽的结构、功能及应用作一简要综述。     

毒液主导的动物生存适应

捕食与防御是物种生态适应及生理生态学的核心内容.动物毒液系统是动物实施捕食与防御功能的典型"生化武器系统",对理解动物生态适应的生理学机制具有重要意义.各种有毒动物的毒素分子具有高度的结构和功能多样性.人们从有毒动物毒液中鉴定到了丰富多样的生物学活性,包括神经毒活性、酶活性、细胞毒活性、抗菌活性、凝集素活性、溶血活性、抗栓活性、凝血活性、免疫调节活性、酶类抑制剂活性、缓激肽增强活性和抗病毒活性等.有毒动物利用毒素的高亲和性和高选择性作用于细胞膜、离子通道、受体或酶影响神经系统、运动系统、心脑血管系统和免疫系统,从而实施快速、高效的捕食和防御.而捕食者为了捕食有毒动物,针对有毒动物的协同进化也一直在进行.本文对有毒动物捕食和防御的分子基础、药理学功能多样性和几类典型有毒动物的捕食和防御相关的适应机制进行了介绍.     

天然免疫分子及其进化趋势

识别和抗御微生物感染是多细胞生物的本能。在进化关系很远的生物中,如人类和果蝇,甚至植物,都存在这种天然免疫识别和防御机能,表明许多宿主防御基因及其产物具有共同的古老的起源,但又存在结构和功能的多样性。本文描述了一些哺乳动物和昆虫中有关于免疫识别的蛋白并调查了其同系物的进化分布情况。分析证实了哺乳动物和昆虫的天然免疫系统重要结构和功能的多样性,列举了一些关于蛋白进化趋势的例子。     

食果动物与被取食植物的相互关系:协同进化?

在种子传播过程中动植物是否存在协同进化关系一直是争论的焦点。有观点认为,植物通过食果动物对其种子的传播可能获得逃避种子捕食者、占据新的生境斑块和基因流动等好处,而动物通过消化果肉获得营养和能量作为回报,动植物彼此相互作用,进而可能建立协同进化关系。动植物之间还可能发生在种、属或科水平以上的多物种的多配协同进化,或者通过关键种的协同进化来带动其他食果动物和植物相关性状的进化。“果肉防御假说”则认为果肉原本是保护种子的防御组织,后来才进化成为吸引食果动物以促进种子传播的物质。然而,食果动物和植物一对一的协同进化的例证并不多见;适合种子萌发和生长的环境在时空上难以确定;食果动物和植物的进化速度不一致;植物与种子传播者的选择压力存在着高度的不对称和不平衡,加上环境因素的重要影响,这种选择压力受到极大的限制而有可能变得不显著。种子传播中动植物在进化意义上的关系尚需进一步研究。未来研究应对食果动物和植物关系的复杂性和多样性有足够的认识。通过对系统发育中相联系的不同种的动植物关系的比较研究来揭示动植物关系对物种分化的影响,有可能为检验食果动物和植物之间的协同进化关系提供新的证据。食果动物传播种子对植物群落动态变化的影响、动植物关系和生物多样性保护等仍将是该领域研究的热点。     

昆虫与植物的协同进化:寄主植物-铃夜蛾-寄生蜂相互作用

近数10年内,Ehrlich和Raven于1964年提出的协同进化理论及Jermy于1976年提出的顺序进化理论极大地促进了对昆虫与植物相互作用的研究。文章首先简要介绍有关理论,对植食性昆虫与植物关系研究的若干核心问题进行评述。主要问题包括(1)植食性昆虫如何选择寄主植物?(2)植物次生物质是否作为植物防御昆虫取食的重要屏障?(3)昆虫能否适应植物的化学防御?(4)植食性昆虫寄主范围是否是从广到专演化的?随之,作者结合对铃夜蛾Helicoverpa系统研究取得的结果,对上述问题做了进一步的论证和阐述。最后,在继承协同进化、顺序进化等理论精髓的基础上,根据当今三营养级相互作用领域的研究新进展,提出一个新的假说,即多营养级协同进化假说。该假说肯定植物次生物质在植物防御和昆虫识别寄主植物上的重要作用,同时把其他营养级并列放入交互作用的系统,特别强调第三营养级在昆虫与植物关系演化过程中的参与和寄主转移与昆虫食性专化和广化的联系。     

昆虫肠道防御及微生物稳态维持机制

在长期的进化过程中,昆虫形成了独特的肠道防御系统,主要由物理屏障和免疫系统共同作用来抵御外来微生物的入侵。如大部分后生动物一样,昆虫肠道上皮细胞无时无刻不与微生物接触,其种类从有益的共生菌、随食物进入的微生物到影响宿主生命的病原菌。在这样一种复杂的环境中,为了实现防御肠道病原微生物的同时又能维持共生微生物稳定的目的,宿主肠道上皮细胞必须在免疫应激和免疫耐受之间保持一种稳态平衡。Duox-ROS免疫系统和免疫缺陷(immune deficiency,Imd)信号通路作为肠道免疫反应的基本途径,必然参与调节此过程。本文从昆虫肠道防御组成、肠道免疫信号通路作用分子机制以及肠道免疫系统在肠道微生物群落稳态维持中的作用的最新研究进展进行综述。     

虫害诱导的植物挥发物:植物与植食性昆虫及其天敌相互作用的进化产物

综述了植物、植食性昆虫及其天敌相互作用的进化过程。虫害诱导的植物挥发物的特征和功能是植物-植食性昆虫-天敌之间长期进化的结果。在植物、植食性昆虫与天敌相互作用的进化过程中,3个不同营养级,包括植物、植食性昆虫和天敌有着各自的调节和利用虫害诱导的植物挥发物的策略。但有一些问题,如通过实验研究得出的诱导防御在田间是否真正能起到保护作用等需进一步研究、阐明。     

植物警戒色的研究进展

植物为适应植食动物的取食压力而进化出物理、化学等多种防御机制,以把植食伤害降到最低程度,但动物不断的抽样尝试行为还是让有防御行为的植物受到伤害。因此,向潜在的植食动物传达自己的防御信号对植物是有益的。颜色作为一种稳定有效的视觉信号通常是花和果实的诱惑信号,某些情况下也是一种警戒防御信号,植食动物经过抽样学习后能识别这种防御信号并主动回避,从而形成了植物的警戒色。起源于猎物-捕食者关系的警戒色理论在动物界得到了充分研究,但植物警戒色却不为人所知,直到2001年Hamilton关于秋季树叶颜色的信号假说公开发表后,才引起人们对植物警戒色的初步研究。如今在早秋变色树种、幼叶、多剌植物、植物繁殖器官都发现了警戒色的一些例证,尽管有些还不太明确甚至存在争议,但至少为植物警戒色的进一步研究奠定了基础。植物营养体颜色在时空上的多态性变化值得人们更深入地研究,防御权衡假说也预示了防御有害植食动物的警戒作用存在于繁殖器官的可能性,研究它们生理和生态适应意义有利于人们更深程度地理解植物-动物之间的复杂关系。     

虫害诱导植物防御的分子机理研究进展

从虫害诱导的系统损伤信号、昆虫特异性激发子、间接防御、直接防御和负防御等方面,综述了虫害诱导植物防御的最新研究进展.在植物与昆虫的相互进化过程中,植物利用诱导防御物质对付昆虫的危害,昆虫则利用其特有的激发子降低植物的防御反应.文中比较了间接防御涉及的4种代谢途径,以及诱导挥发物释放的机制;阐明了虫害诱导植物直接防御的概念、防御物质及其作用机理;分析了虫害诱导植物负防御的机制.同时,也强调了虫害诱导林木防御反应的分子机理.     

无颌类脊椎动物适应性免疫系统的进化

适应性免疫系统的起源与进化问题一直是人们研究的热点, 以七鳃鳗为代表的无颌类脊椎动物, 被普遍认为处在进化出适应性免疫系统的边缘。因此, 研究无颌类脊椎动物适应性免疫的机制, 对揭示适应性免疫系统的起源与进化具有重要意义。研究表明, 无颌类在一定范围内具有高等脊椎动物特有的适应性免疫特征, 并发现了一些在结构或功能上与高等脊椎动物免疫相关基因同源的免疫因子。文章就近年来对无颌类脊椎动物适应性免疫系统机制的研究进展作一概述, 为进一步深入研究脊椎动物适应性免疫系统的起源与进化提供有益的参考。     

肽抗生素，控制感染的新希望

传统的抗生素都是由霉菌产生的 ,霉菌是寻找抗生素的传统领域。然而 ,新近的研究表明 ,动物、植物和人体的基因组中也有编码抗生素的基因。这些基因编码的多为一些短肽 ,富含带阳离子的氨基酸残基 ,称为肽抗生素 (ｐｅｐｔｉｄｅａｎｔｉｂｉｏｔｉｃｓ)或抗微生物肽 (ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌｐｅｐｔｉｄｅ) [1] 。肽抗生素和干扰素、补体等一样是宿主免疫防御系统的重要组成部分。因肽抗生素具有抗菌活性强 ,抗菌广谱性等特点 ,其研究受到广泛重视。1.肽抗生素的特点及其分类肽抗生素在自然界中广泛存在 ,代表宿主防御系统进化的古老…     

Are extrafloral nectaries efficient against herbivores? Herbivory and plant defenses in contrasting tropical species

植物用于防御的资源有限，而那些具有生物防御的物种，其叶片可能会较少地用于其他类型的防御。我们比较了机械防御能力较弱，但具有花外蜜腺的植物，与没有花外蜜腺但叶片更有韧性的植物是否更不容易被取食。我们通过分析文献数据，调查有无花外蜜腺的植物被取食的情况。在巴西南部的热带稀树草原植被中，我们采集了6种热带植物的叶片数据，并测定了被取食情况和比叶面积。我们进一步评估了有无花外蜜腺的物种之间以及植物之间被取食情况和比叶面积的差异。为了检验动物取食与叶片韧性之间的关系，我们对单株平均被取食情况和平均叶片韧性进行了回归。研究结果表明，植物表现出不同程度的叶片损伤，但没有蚂蚁防御的植物因被取食造成的叶面积损失最大。不同植物的机械防御水平也不相同。无花外蜜腺的植株更坚韧，比叶面积值更小。虽然无花外蜜腺的植物有更多的坚硬叶片，但这种机械防御不足以损害和/或减少食草动物的取食，这表明由蚂蚁形成的生物防御可能比用于与叶片适口性相关的机械防御更有效。     

高等植物的性别与性别决定机制

生物在进化过程中出现了性别,有性繁殖是真核生物繁殖的主要形式,并导致了大多数真核生物两性异型的进化。本简要介绍了植物的性多态现象及雌雄异株植物的性染色体,主要介绍了雌雄异株植物的性别决定系统的三种基本类型,并与动物的性别决定系统作了比较。     

茉莉酸在植物诱导防御中的作用

茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)作为与损伤相关的植物激素和信号分子,广泛地存在于植物体中,外源应用能够激发防御植物基因的表达,诱导植物的化学防御,产生与机械损伤和昆虫取食相似的效果。大量研究表明,用茉莉酸类化合物处理植物可系统诱导蛋白酶抑制剂(PI)和多酚氧化酶(PPO),从而影响植食动物对营养物质的吸收,还能增加过氧化物酶、壳聚糖酶和脂氧合酶等防御蛋白的活性水平,导致生物碱和酚酸类次生物质的积累,增加并改变挥发性信号化合物的释放,甚至形成防御结构,如毛状体和树脂导管。经茉莉酸处理的植物提高了植食动物的死亡率,变得更加吸引捕食性和寄生性天敌。挥发性化合物——茉莉酸甲酯可以从植物的气孔进入植物体内,在细胞质中被酯酶水解为茉莉酸,实现长距离的信号传导和植物间的交流,诱导邻近植物产生诱导防御反应。茉莉酸和茉莉酸甲酯分别具有4种立体异构,其中具有活性的是顺式结构,但顺式结构不稳定,会差向异构化为反式结构。茉莉酸的代谢物(Z)-茉莉酮(cis-Jasmone)具电生理活性,在植物诱导防御中起作用,并且在防御信号的作用上不同于茉莉酸和茉莉酸甲酯。     

两栖类动物Cathelicidins家族 抗菌肽研究进展

两栖类动物皮肤裸露和湿润的特性易于微生物的生长,它们为了抵御病原微生物的侵袭,在长期自然进化过程中形成了以抗菌肽(AMPs)为主要防御机制的免疫系统。抗菌肽广泛分布于动物、植物、微生物中,是生物用于抵御细菌、真菌、病毒和原虫等病原体侵袭的重要武器之一,在进化上是一类非常古老而有效的天然防御物质。Cathelicidins是脊椎动物特有的重要抗菌肽家族之一,除具有高效广谱的抗菌活性,还具有如抗炎、抗氧化、伤口修复、抑制组织损伤和促进血管生成等多种重要活性,因此Cathelicidins家族抗菌肽已成为抗感染多肽类新药的研发热点。本文将从两栖类动物Cathelicidins家族抗菌肽的一般特点、来源分布、生物合成与结构、生物学活性、作用机制及应用前景等几个方面,综合阐述国内外的研究动态。     

次生物质在植物与昆虫协同进化中的意义

次生物质是植物次级低谢的产物,它在植物与昆虫协同进化中起着主导作用。本文通过介绍次生物质在植物化学防御中的作用,昆虫对次生物质的适应及其利用等内容,阐述了次生物质在植物与昆虫协同进化中的意义。     

取食十字花科植物的植食性昆虫与寄主植物硫苷的互作

十字花科植物含有硫苷-黑芥子酶防御系统,也被称作"芥子油炸弹",是目前研究最多的植物防御机制。硫苷和黑芥子酶分开储存在不同的植物细胞中,当植物受到昆虫取食、病原微生物侵害、机械损伤等危害时,植物体内的黑芥子酶与硫苷结合,催化其产生有毒的水解产物——异硫氰酸酯(isothiocyanate,ITC)、腈类化合物(nitrile)和其他活性物质等,从而避免或者减少植物受到损害。然而在长期的协同进化过程中,十字花科蔬菜害虫也具有了相应的反防御机制才能够适应寄主。这种反防御机制根据硫苷种类的不同,也具有多样性,且不仅表现在十字花科广食性和寡食性昆虫之间,还表现在广食性和寡食性昆虫之内。本文综述了十字花科植物硫苷类型、硫苷-黑芥子酶防御体系和害虫诱导的植物硫苷防御反应,并从不同十字花科蔬菜害虫如何代谢、隔离、利用和转运硫苷等方面讨论了害虫的反防御机制,以期为研究十字花科蔬菜害虫与寄主植物协同进化提供借鉴和参考。     

机体的免疫反应是如何被激活的？——2011年诺贝尔生理学或医学奖成果解读

三人合力：发现机体免疫系统激活的关键原理 人和动物身处的世界充满危险,细菌、病毒、真菌和寄生虫时刻都在威胁生命机体的健康。但奇妙的机体也配备了强大的防御系统,这就是免疫系统。哺乳动物和人类的机体健康防御系统共有两道防线。第一道防线是先天性免疫,又叫自然免疫。先天性免疫反应会在人体被病毒、细菌、寄生虫等感染后迅速启动,主要作用是在“入侵者”进入人体时作出第一反应,