科学家已经确定了植原体产生劫持植物发育的操纵分子

近日科学家发现了一种寄生细菌驱动的操纵机制，能够用来延缓植物的衰老。这也为粮食作物提供了一种免受疾病威胁的新保护方法。近期发表在《Cell》上的研究中，约翰·因斯中心的 Hogenhout 团队已经确定了由植原体（Phytoplasma）产生的操纵分子来劫持植物发育。

寄生虫操纵它们赖以生存的生物体以满足它们的需要，有时候会采用一些比较激烈的方式。当一些植物受到寄生虫的影响之后，它们会停止生长，只为寄生虫提供栖息地和相关营养。当进入植物体内时，这种蛋白质会导致关键的生长调节器被分解，从而引发不正常生长。

植原体属于一组微生物，它们因能够对其宿主植物的发育进行重新编程而臭名昭著。树木中出现“witches’ brooms”（女巫的扫帚），即过多的树枝紧紧地长在一起，就是由它引起的。这些丛生的枝条是植物陷入无性繁殖的“僵尸”状态的结果，无法繁殖，因此发展到“永远年轻”的状态。

植原体还可以引起毁灭性的作物疾病，如紫苑黄斑病，它对谷物和叶类作物（如生菜、胡萝卜和谷物）都会造成重大的产量损失。该研究的通讯作者 Saskia Hogenhout 教授说：“植原体是一个壮观的例子，说明基因的影响范围可以超出生物体，影响周围环境”。

他继续说道：“我们的研究结果为这种扩展表型背后的分子机制带来了新的启示，它可以帮助解决食品生产的一个主要问题。我们强调了一种有希望的策略，用于工程植物以实现作物对植物质体的持久抗性水平”。新发现显示了被称为 SAP05 的细菌蛋白是如何通过利用宿主自身的一些分子机制来操纵植物的。

这种机器被称为蛋白酶体，通常会分解植物细胞内不再需要的蛋白质。SAP05 劫持了这一过程，导致在调节生长和发育方面很重要的植物蛋白被有效地扔进了一个分子回收中心。没有这些蛋白质，植物的发育就会被重新编程，以利于细菌的生长，引发多个无性繁殖的嫩芽和组织的生长，并使植物衰老的过程暂停下来。

通过对模式植物拟南芥的遗传和生化实验，研究小组详细揭开了 SAP05 的作用。有趣的是，SAP05直接与植物发育蛋白和蛋白酶体结合。这种直接结合是一种新发现的降解蛋白质的方式。通常情况下，被蛋白酶体降解的蛋白质会事先被一种叫做泛素的分子标记，但这里的情况并非如此。

被SAP05锁定的植物发育蛋白与动物中也发现的蛋白相似。研究小组很想知道SAP05是否因此也会影响到携带细菌的植物的昆虫。他们发现，动物体内这些宿主蛋白的结构有足够的差异，它们不会与SAP05相互作用，因此它不会影响昆虫。

然而，这项调查使研究小组能够确定蛋白酶体单元中仅有两个氨基酸需要与SAP05相互作用。他们的研究表明，如果将植物蛋白换成昆虫蛋白中的两个氨基酸，它们就不会再被SAP05降解，从而防止“witches’ brooms”的异常生长。

这一发现提供了在作物中仅仅调整这两种氨基酸的可能性，例如使用基因编辑技术，以提供对植物质体和SAP05影响的持久复原力。