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研究人员确定植物自身免疫的常见罪魁祸首

em马克斯普朗克发育生物学研究所的科学家们现在已经指出了植物自身免疫的最常见原因。 / em

植物受到多种病原体的永久性攻击。为了赢得与真菌,细菌,病毒和其他病原体的斗争,他们开发了一种复杂而有效的免疫系统。就像人类一样,当某些植物自身的蛋白质被错误地认定为外来蛋白质时,这也可能超过其目标。这种自身免疫反应可导致组织缺陷和生长停滞,并且在两种不同免疫系统相遇的杂种中尤其明显。德国蒂宾根马克斯普朗克发育生物学研究所的科学家们现在已经找到了自身免疫最常见的罪魁祸首。令人惊讶的是,这些是免疫系统本身的组成部分,它们被其他免疫受体误认为是入侵者。

类似于动物的情况,植物的免疫力依赖于高度可变的免疫受体。 “不仅植物通常具有数百种所谓的NLR免疫基因,但群体中的每个个体都倾向于拥有自己的NLR基因集合,并因此抵抗微生物,昆虫和蠕虫的独特谱系,”Detlef解释说。韦格尔,马克斯普朗克发育生物学研究所所长。有了这个手中的武器,植物可以成功地抵抗多种病原体。由于一个领域的每个人都有不同的识别范围,病原体很难消灭整个人群。然而,这种巨大的多样性也会导致意外,例如植物不再可靠地区分自我和非自我,并与自己的蛋白质作斗争。当两种不同的免疫系统在十字的后代中结合时,经常发生不幸。

为了研究杂交后自身免疫的遗传基础,马克斯普朗克科学家们在拟南芥天然菌株之间产生了超过6400个杂交。亲本来自世界各地,涵盖了几乎整个物种的遗传带宽。然后检查杂交后代的自体免疫的证据。大约每50次交叉导致典型的自身免疫症状;在最极端的情况下,后代已经作为幼苗死亡,不再复制。因为这是在没有病原体的情况下发生的,所以它必定是被这些杂交植物的免疫系统错误地检测为外来的植物蛋白质。 “研究的主要作者Eunyoung Chae说:”值得注意的是,尽管拟南芥中有超过一百种的免疫基因,但这些负责任的蛋白质起源于极少数高度可变的免疫基因。

增长和防守的平衡

根据魏格尔的说法,某些免疫基因的组合通常是致命的,这是一个惊喜。这些因果变体可能是有利的,通常在不伤害植物的情况下提供对病原体的抗性,但错误的组合可能是有害的。尽管如此,个体优势必须足够大,以至于即使在同一领域也可能发生这种变化。

研究人员表示,观察到的杂交种自身免疫病例仅代表冰山一角。 “因为我们将十字分类的严格标准与自身免疫相关联,很可能有许多其他杂交没有明显的组织损伤,但仍然是增长的惩罚,”Chae解释道。通过系统地分析哪些免疫受体特别危险,哪些组合最好避免,马克斯普朗克研究人员希望得到的规则将有助于优化生长和防御之间的平衡,不仅在野生植物如拟南芥中,而且还在农作物中。鉴于日益增长的世界人口不断增长的需求,改进粮食作物的简化方法非常重要。

发表:Eunyoung Chae等人,“物种范围的遗传不相容性分析将免疫基因鉴定为有害上位点的热点”,Cell,2014; DOI:10.1016 / j.cell.2014.10.049

来源:马克斯普朗克研究所

图片:MPI f。发育生物学