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山东建筑大学在《Nature》发表重要研究成果

大众网·海报新闻记者 姜申涛 报道

5月4日，国际著名学术期刊《自然》（Nature）发表山东建筑大学团队研究成果。山东建筑大学市政与环境工程学院侯书国团队联合美国德州农工大学、杜克大学、法国图卢兹大学、日本冈山大学等知名大学的研究团队，通过对植物如何感受环境变化做出应激反应的研究，揭示了植物对病虫害、干旱等环境胁迫因素的应激机理。这一重要发现改变了人们以往对植物与环境之间相互作用关系的认知，对于促进生态良性循环和粮食安全问题具有重要意义。

绿色植物为地球生物提供食物来源，并在维持生态平衡、促进生态良性循环与发展和改善人类居住环境等方面起着至关重要的作用。植物经常面临包括病原菌侵染等极端环境的影响。植物通过感知环境变化并做出应激反应，保护自身免受环境恶化的影响。因此，研究植物感知环境变化并做出应激反应的机制，有助于我们应对环境变化，解决粮食和生态安全等问题。以往研究发现，病原菌可通过在植物体内制造富含水的微环境增强侵染能力，目前尚不清楚植物是否存在针对病原菌该毒性作用的免疫机制。另外，植物细胞因子在植物免疫中发挥至关重要的调控作用。鉴定新的植物细胞因子和阐明其植物免疫调控机制对深入揭示植物免疫具有重要意义。

该研究首次报道了一类结构全新的植物细胞因子SCREWs（图1）。为了鉴定新的参与植物免疫调控的植物细胞因子，研究人员分析了受病原菌诱导表达的拟南芥转录组，并筛选了病原菌上调表达的分泌肽。其中，SCREWs能够被病原菌及微生物相关分子模式（MAMPs）强烈诱导表达。通过免疫诱导分析，研究发现SCREWs羧基端31个保守的氨基酸能够通过诱导MAPK激活和植物生长抑制等典型的免疫反应。结构预测显示，该小肽通过两个保守的半胱氨酸形成二硫键，其对SCREW免疫诱导起至关重要的作用。

图1：植物细胞因子SCREW1的鉴定及活性分析

研究还揭示SCREW1体外处理能够激活包括胞质钙升高、活性氧产生等典型的免疫反应和增强植物对丁香假单胞杆菌的抗性。随后，研究人员构建了SCREW1的拟南芥过表达株系和通过基因编辑的技术获得了SCREW1和SCREW2的双基因敲除株系（screw1/screw2）。研究发现，SCREW1过表达诱导拟南芥叶片衰老和上调免疫相关基因PR1表达；而screw1/screw2相比野生型对丁香假单胞菌感病增强。以上结果表明，SCREW为一类新的免疫调控植物细胞因子，能够诱导植物免疫反应和增强植物对病原菌的抗性（图2）。

图2：SCREW1调控植物免疫

图3：SCREW1通过受体激酶NUT调控植物免疫

图4：SCREW1-NUT通过ABI-OST1调控气孔运动和植物失水

侯书国副教授团队长期从事植物与环境互作的分子生物学研究。自2012年以来，该团队与美国德州农工大学何平教授、单立波教授，清华大学柴继杰教授、山东大学张伟教授等团队合作，创新性地提出了分泌肽作为植物先天免疫重要的调控因子，在揭示植物细胞因子调控植物先天免疫领域作出了突出的贡献。研究团队创新性地提出了分泌肽作为植物先天免疫重要的调控因子，在揭示植物细胞因子调控植物先天免疫领域作出了突出的贡献。研究成果在Nature、Nature Communications、Plos Pathogens等国际著名期刊发表。该研究获国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省科技攻关计划、山东省高校青创科技计划等项目资助。

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