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小叶绿体在植物表皮细胞中的免疫功能

据说,世界农业生产损失的10%至15%是由疾病引起的,这相当于约5亿人口的粮食。而且由于这种植物病的70-80%是由丝状真菌引起的,因此保护作物免受丝状真菌侵害是有效养活世界人口的重要问题。为了使病原真菌感染植物,它们必须突破植物的表皮细胞并侵入内部。换句话说,植物表皮细胞是阻止环境中病原真菌侵袭的第一道屏障。那么表皮细胞具有什么样的防御功能呢?

有趣的是,已知植物的表皮含有小的叶绿体,这些叶绿体并不参与光合作用。但是,尚不清楚它具有什么功能。为什么植物表皮中存在小的叶绿体,对光合作用的贡献不大?

信州大学农学部助手矢田博树教授和京都大学农学研究生院高野喜孝教授发现,植物表皮中的小叶绿体可控制真菌病原体的进入。他们二人发现小叶绿体响应真菌侵袭而在细胞内急剧移动至表层,并参与了这种防御反应。此外,二人还发现在表皮叶绿体中特别发现了多种与植物防御反应有关的免疫因子,这有助于增强对病原丝状真菌入侵的抵抗力。。基于这项研究,他们希望开发出保护作物的技术,以增强和控制植物表皮的叶绿体功能,从而阻止外来入侵者的入侵,并提高植物的免疫力,有望减少病害。和改善粮食生产。

在这项研究中,二人组首先研究了表皮叶绿体对哪种病原真菌作出反应。结果,他们发现多种致病性丝状真菌引起表皮叶绿体的表面迁移。有趣的是,还发现这些致病的丝状真菌是所谓的“不适应的”,并且被阻止入侵表皮细胞。另一方面,适应性病原真菌更可能侵入表皮叶绿体已停止向表层迁移的植物中的表皮。

接下来,他们成功地发现了参与表皮叶绿体表面迁移的植物蛋白。当通过基因转移引入产生过量生产这种蛋白质的植物时,表皮的叶绿体不会移向抵抗病原性丝状真菌的表层。在这种转基因植物中,对病原性丝状真菌的表皮入侵的免疫力降低。还发现,在表皮叶绿体停止向表层迁移的植物中,病原性真菌更可能侵入表皮。这些结果表明,表皮叶绿体向表面层的迁移参与了阻止病原真菌入侵的防御反应。

此外,揭示了在表皮叶绿体中特别发现了涉及植物免疫的多种因素。另外,在其中在表皮叶绿体中发现的这些类型的免疫因子不起作用的突变植物中,证实了表皮叶绿体向表层的迁移,但是病原性真菌的入侵率增加。

在抑制表皮叶绿体细胞内迁移的植物中,对病原性丝状真菌的表皮入侵的免疫力降低。基于这项研究的结果,两人希望开发增强和控制表皮叶绿体功能的技术,例如提高在病原性真菌丝状真菌侵袭时表皮叶绿体的细胞内迁移效率。

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