PNAS：美国邦密苏里大学邦德生命科学中心的科学家发现植物如何为细菌攻击开启绿灯的化学信号
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美国密苏里
2014年4月24日
作者：罗杰·麦森(Roger Meissen)
Scott Peck，邦德生命科学中心(Bond LSC)科学家和生物化学副教授，研究拟南芥和细菌如何在感染之前感知
有时候植物铺在不经意间为细菌开了绿灯。
密苏里大学邦德生命科学中心（Bond LSC）的研究人员最近发现了一种植物自身的化学物质是如何作为标示信号而导引发细菌感染的。他们的研究结果发表在4月21号的美国科学院院报PNAS上。
“当细菌识别到这些植物化学物质后，它建立一个针状注射器，将20-30蛋白质注射到寄主细胞中，以便关停寄主的免疫系统， ”邦德生命科学中心植物科学家和这项研究的的首席研究员Scott Peck说。 “当寄主细胞失去适当的防御反应后，细菌可以继续生长并感染植物。看起来这些化学信号在介导细菌感染的起始步骤上起着非常大的作用。 “
多年来，科学家一直对细菌如何知道有植物存在感到困扰。细菌能够辨识植物细胞和一个岩石或一块泥土的差异，使细菌只在植物细胞附近时才开启感染机制，从而节省能量。
“我们的研究结果表明，细菌需要同时探知植物通过光合作用生产的糖和五个特别酸， ”Peck说。 “这是细菌的失败保护机制，以保证细菌在寄主附近时才开启感染机制。 ”
Peck的工作是从一个拟南芥突变体mkp1 开始的。
几年前由佩克的实验室发现，这种小芥菜由于抵抗细菌的入侵而不同于其他品系。实验室测试证实该突变体不会被Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000感染。该细菌病原体能引起西红柿褐色斑点并伤害了模式植物拟南芥。Scott与密苏里大学的生物化学研究科学家Jeffrey Anderson和博士后Ying Wan一起发现：这种突变没有触发细菌的Ⅲ型分泌系统、针状注射器和相关导致感染的蛋白质。
西北太平洋国家实验室（PNNL ）曾与Peck的研究小组一起比较了拟南芥突变体和正常植株之间的代谢产物水平。这种比较有助于Peck识别其中的一些由正常植物过程制造的化学物质，他们在突变体种的含量水平要低得多。
以西北太平洋国家实验室的工作为指导，研究团队发现5种对启动细菌感染由最大作用的酸：天门冬氨酸、柠檬酸、焦谷氨酸、 4-尼珀金脂酸和莽草酸（aspartic, citric, pyroglutamic, 4-hydrobenzoic and shikimic acid）。
“关键的实验是我们简单地添加将这些酸添加到突变体， ”Peck说。 “突然间，突变体对细菌不再有抗性，细菌可以将蛋白质注入到细胞内并关闭植物的免疫系统。 ”
无论是细菌或植物，第一次接触和识别意义非凡。只是稍微离开起点一点，就可以决定谁是赢家，是保持不受感染或染病。
这五个氨基酸在低浓度时触发菌的攻击，在高浓度时使细菌无所适从。所以，Peck相信这可以用来阻止细菌的生长。如果这实际上阻挠细菌的启动侵染，这可能意味着防止作物疾病，并可能研发出在大田使用的方法。
“很多输赢都发生在最初的2到6小时内，如果微生物不能快速关闭植物的免疫系统，植物就可以抵抗细菌感染， ”Peck说。 “在未来，我们可能会生产出新一代的抗微生物化合物，它们并不试图杀死细菌，通过阻断这些化学信号，让细菌不再具有毒性，让植物的天然免疫系统可以发挥作用。 “
Peck的研究小组认为：至少有一些其他的细菌会对这些化学信号作出反应。他计划测试其他细菌病原体看是否如此。他们也想测试当细菌被这些植物化学信号激活后对人类更加致命。
“从长远来看，问题是这一发现到底可以延伸到哪里。很多人通过食物来源获得沙门氏菌和李斯特菌的感染， “Peck说。 “现在的问题其他来自植物食品的细菌是否有类似的感知系统，因为它们被植物化学信号激活，导致对人类更具传染性。 ”
这项研究得到美国国家科学基金会50万美元的资金支持。
