在自然界中，植物雖然無(wú)法移動(dòng)，卻擁有復(fù)雜而精妙的防御體系。當(dāng)遭遇病原菌或昆蟲侵襲時(shí)，植物不僅能夠啟動(dòng)自身免疫反應(yīng)，還能通過(guò)釋放揮發(fā)性化學(xué)信號(hào)向周圍植物“通風(fēng)報(bào)信”，提醒鄰居提前做好防御準(zhǔn)備。這種依賴空氣傳播信號(hào)分子的植物間信息交流被稱為“氣傳防御”（Airborne defense, AD）。然而，植物在受到脅迫時(shí)如何迅速合成并釋放這些信號(hào)，一直是植物免疫研究中的重要科學(xué)問(wèn)題。

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)丁新華團(tuán)隊(duì)在Molecular Plant發(fā)表題為

BSMT1, SABP3, and MAT2 assemble into a ternary complex vital for methyl salicylate biosynthesis and airborne defense

水楊酸甲酯是一種具有揮發(fā)性的植物信號(hào)分子，在植物免疫中發(fā)揮重要作用。早期研究表明，病原菌侵染后植物體內(nèi)會(huì)積累水楊酸（SA），部分SA被轉(zhuǎn)化為MeSA，并參與系統(tǒng)獲得性抗性（SAR）的建立。此外，大量MeSA會(huì)揮發(fā)到空氣中，被鄰近植物感知，從而誘導(dǎo)其提前激活防御反應(yīng)。但長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家并不清楚植物是如何在短時(shí)間內(nèi)高效合成MeSA以滿足這種快速防御需求。

為了進(jìn)一步揭示MeSA快速合成的分子基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)蛋白互作篩選發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)合成MeSA的甲基轉(zhuǎn)移酶BSMT1可以與兩種蛋白——SABP3和MAT2形成穩(wěn)定復(fù)合體。其中，MAT2負(fù)責(zé)合成甲基供體S-腺苷甲硫氨酸（SAM），而SAM正是MeSA合成反應(yīng)所必需的甲基來(lái)源。研究表明，在病原菌侵染后，植物體內(nèi)水楊酸水平升高，這一變化會(huì)促進(jìn)BSMT1、SABP3和MAT2在細(xì)胞質(zhì)中組裝成三元復(fù)合體。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)病原菌入侵時(shí)，植物體內(nèi)的SA水平迅速升高，發(fā)出了啟動(dòng)防御“生產(chǎn)線”的信號(hào)。在SA的誘導(dǎo)下，原本分散存在的BSMT1、SABP3和MAT2在細(xì)胞質(zhì)中迅速聚集，并組裝形成一個(gè)穩(wěn)定的三元復(fù)合體。SABP3與MAT2結(jié)合后，可顯著增強(qiáng)MAT2的酶活性，使其更高效地合成甲基供體SAM，從而為下游反應(yīng)提供充足的底物來(lái)源。三元復(fù)合體的形成同時(shí)改變了BSMT1的構(gòu)象狀態(tài)，提高了其對(duì)底物SA的結(jié)合能力，進(jìn)而顯著提升了催化生成MeSA的效率。換言之，通過(guò)組裝這一三元復(fù)合體，植物在甲基供體的生成與MeSA的催化合成兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同增強(qiáng)，從而短時(shí)間內(nèi)迅速合成大量MeSA并將其釋放到空氣中。

綜上所述，該研究揭示了一種植物快速調(diào)控?fù)]發(fā)性防御信號(hào)合成的新機(jī)制，即通過(guò)組裝多酶復(fù)合體來(lái)提高代謝效率。這種策略使植物能夠在病原菌侵染后迅速放大防御信號(hào)，并通過(guò)空氣傳播實(shí)現(xiàn)植物間的信息交流。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)丁新華教授為論文通訊作者，博士研究生孫寶龍，副教授楊巍為共同第一作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生商魯玥、劉洋，在讀碩士研究生魏蘭蘇，尹梓屹教授、張海淼副教授、李洋副教授、路沖沖副教授、趙海朋副教授，美國(guó)南卡羅萊納大學(xué)傅正擎教授，中國(guó)海洋大學(xué)已畢業(yè)博士研究生張藝涵，四川大學(xué)在讀博士研究生趙博宇及島津（中國(guó)）有限公司汪勇高級(jí)專家參與了該項(xiàng)研究。

丁新華教授長(zhǎng)期從事植物與微生物互作和植物免疫分子機(jī)理研究、植物免疫誘抗劑及綠色防控技術(shù)研發(fā)，以通訊或第一作者在Nature Communications、Molecular Plant、Plant Cell、Journal of Advanced Research、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist、Plant Communications等期刊發(fā)表論文90余篇，發(fā)表SCI論文被引用4300余次。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、國(guó)家重大科技專項(xiàng)子課題、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)杰出青年基金等三十余項(xiàng)。丁新華教授課題組長(zhǎng)期致力于植物與微生物互作、植物免疫研究，誠(chéng)邀有志青年加入（博士后/研究生），共解科研難題！聯(lián)系方式：xhding@sdau.edu.cn

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205226000742