文章信息
文章题目：Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense
期刊：Nature
发表时间：2023年9月13日
主要内容：清华大学刘玉乐团队在Nature杂志上发表了文章Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense，该研究鉴定了识别气态MeSA的植物受体，揭示了MeSA介导的植物气传性免疫的分子机制及其植物病毒的反防御机制，为防治病虫害提供了突破点和研究方向。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06533-3
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研究背景
植物受到环境刺激时产生的挥发性化合物（volatile organic compounds，VOCs）会诱发周围植物的防御反应，这一现象被称为气传性免疫（airborne defense，AD）。尽管几十年来人们在多种植物中观察到这种植物间通讯（plant-plant communication, PPC）现象，但是对VOCs介导PPC的分子机制一直不清楚。此外，除乙烯受体外，植物感知其它VOC的受体也一直未被鉴定。
蚜虫是全球范围内最具破坏性的农业害虫之一，蚜虫叮咬会诱导植物释放包含水杨酸甲酯（methyl salicylate，MeSA）在内的VOCs。MeSA在植物抵御蚜虫等食草性昆虫侵害中发挥重要作用，但是MeSA如何作为植物间通讯的信号激活AD抗蚜虫防御？这是一个长期未解决的问题，植物是否拥有识别和感知空气中MeSA的受体也不清楚。此外，蚜虫和病毒能否干扰植物气传性免疫也未知。
文章概述
大多数植物病毒依赖昆虫等介体进行传播。当昆虫叮咬植物后，植物会产生VOCs，驱避昆虫的同时也招募这些植食性昆虫的天敌。此外，当这些挥发性化合物被临近植物吸收后会触发临近植物对昆虫的防御反应。首先，刘玉乐研究团队发现蚜虫叮咬植物后，植物会产生MeSA，这些MeSA挥发到空气中能够被临近植物中的MeSA受体蛋白水杨酸结合蛋白-2（SA-binding protein-2，SABP2）感知结合，并将其转化为水杨酸（salicylic acid, SA）。SA激活转录因子NAC2，上调水杨酸羧基甲基转移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表达，从而产生更多的MeSA，诱导植物的抗蚜虫免疫，从而降低病毒的传播。
随后刘玉乐团队还发现一些蚜虫传病毒比如黄瓜花叶病毒、马铃薯Y病毒等能够编码含有解旋酶结构域的蛋白质与NAC2蛋白相互作用，改变NAC2蛋白的亚细胞定位，促进NAC2在细胞质中被26S蛋白酶体降解，从而负调控NAC2-SAMT1通路，抑制蚜虫叮咬植物中MeSA的合成和挥发，最后阻断植物间“预警”通讯，促进蚜虫对临近植物的侵染和对病毒的传播。
综上，这一发现揭示了植物气传免疫的详细分子机制及病毒的反防御机制，揭示了全新的蚜虫-病毒共进化互惠方式。
植物气传性免疫的分子机制示意图
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使用TransZol (ET101)产品发表的部分文章：
• Gong Q, Wang Y J, He L F, et al. Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense [J]. Nature, 2023.
• He C, Xing F, Liang J, et al. The ABI5-dependent down-regulation of mitochondrial ATP synthase OSCP subunit facilitates apple necrotic mosaic virus infection[J]. Journal of Experimental Botany, 2023.
• Hong Y, Xia H, Li X, et al. Brassica napus BnaNTT1 modulates ATP homeostasis in plastids to sustain metabolism and growth[J]. Cell Reports, 2022.
• Wang S, Lu M, Wang W, et al. Macrophage Polarization Modulated by NF‐κB in Polylactide Membranes‐Treated Peritendinous Adhesion[J]. Small, 2022.
• Wang Y, Gong Q, Wu Y, et al. A calmodulin-binding transcription factor links calcium signaling to antiviral RNAi defense in plants[J]. Cell Host & Microbe, 2021.
• Zhao M, Wang B, Zhang C, et al. The DJ1-Nrf2-STING axis mediates the neuroprotective effects of Withaferin A in Parkinson’s disease[J]. Cell Death & Differentiation, 2021.
• Hao M, Hou S, Li W, et al. Combination of metabolic intervention and T cell therapy enhances solid tumor immunotherapy[J]. Science Translational Medicine, 2020.
• Gao L, Guo Q, Li X, et al. MiR-873/PD-L1 axis regulates the stemness of breast cancer cells[J]. EBioMedicine, 2019.
• Chen K, Hu Z, Song W, et al. Diversity of O-glycosyltransferases contributes to the biosynthesis of flavonoid and triterpenoid glycosides in Glycyrrhiza uralensis[J]. ACS Synthetic Biology, 2019.
• Hu Z, He J, Chen K, et al. Molecular cloning and biochemical characterization of a new flavonoid glycosyltransferase from the aquatic plant lotus[J]. Biochemical and biophysical research communications, 2019.
• Wang Z, Wang S, Xu Z, et al. Highly promiscuous flavonoid 3-O-glycosyltransferase from Scutellaria baicalensis[J]. Organic letters, 2019.
使用TransScript® One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AT311)产品发表的部分文章：
• Gong Q, Wang Y J, He L F, et al. Molecular basis of methyl salicylate-mediated plant airborne defense [J]. Nature, 2023.
• Guan J, Wang G, Wang J, et al. Chemical reprogramming of human somatic cells to pluripotent stem cells[J]. Nature, 2022.
• Chen J, Ou Y, Luo R, et al. SAR1B senses leucine levels to regulate mTORC1 signalling[J]. Nature,2021.
• Chen J, Ou Y, Yang Y, et al. KLHL22 activates amino-acid-dependent mTORC1 signalling to promote tumorigenesis and ageing[J]. Nature, 2018.
• Fan H, Quan S, Ye Q, et al. A molecular framework underlying low-nitrogen-induced early leaf senescence in Arabidopsis thaliana[J]. Molecular Plant, 2023.
• Yan Y, Sun J, Ji K, et al. High incidence of the virus among respiratory pathogens in children with lower respiratory tract infection in northwestern China[J]. Journal of Medical Virology, 2023.
• Liu W, Yao Q, Su X, et al. Molecular insights into Spindlin1-HBx interplay and its impact on HBV transcription from cccDNA minichromosome[J]. Nature Communications, 2023.
• Guo Z, Cao H, Zhao J, et al. A natural uORF variant confers phosphorus acquisition diversity in soybean[J]. Nature Communications, 2022.
• Wang B, Zhao M, Su Z, et al. RIIβ‐PKA in GABAergic Neurons of Dorsal Median Hypothalamus Governs White Adipose Browning[J]. Advanced Science, 2022.
• Liu S, Liu C, Lv X, et al. The chemokine CCL1 triggers an AMFR-SPRY1 pathway that promotes differentiation of lung fibroblasts into myofibroblasts and drives pulmonary fibrosis[J]. Immunity, 2021.
• Wang R, Xue Y, Fan J, et al. A systems genetics approach reveals PbrNSC as a regulator of lignin and cellulose biosynthesis in stone cells of pear fruit[J]. Genome Biology, 2021.
