发现揭示了促进小麦防御毁灭性疾病的关键分子事件

阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）副教授Brande Wulff领导的五大洲科学家团队在《科学》杂志上发表的一项新研究报告了一种以前未知的分子事件，该事件引发了对一种主要小麦疾病的免疫反应。这些发现为设计对感染具有更强免疫力的小麦提供了策略

作为数十亿人的主要主食和动物饲料的主要来源之一，小麦是世界上最重要的粮食商品之一。这一重要性就是为什么小麦疫情可能比人类疫情更具破坏性

Wulff说：“气候变化正在导致以前看不见的地方出现疾病。我们需要对植物免疫力进行更多的研究，以开发保护有价值的粮食作物的技术。”

像动物一样，植物也有免疫系统，但非常不同。脊椎动物，包括人类，依靠血细胞来获得免疫力。这些细胞释放特定类型的蛋白质，这些蛋白质结合并杀死病原体。由于缺乏循环系统，植物已经进化出一种不同的免疫方法，但这种方法同样有效。挑战在于了解导致植物死亡并因此在入侵病原体中存活的特定分子反应

这项研究表明，植物细胞内发生的第一个分子事件是对干锈病的反应，干锈病是一种真菌，之所以得名，是因为受感染的植物在感染时茎和叶上会出现棕色脓疱。有时被称为“小麦脊髓灰质炎”，历史上茎锈病是许多饥荒的原因。虽然农业实践已经生产出具有抗性的小麦，但茎锈病的意外传播可能会毁掉收成

当茎锈病与一种称为“串联激酶”的特定类型的蛋白质相互作用时，免疫反应就开始了。激酶是在人类免疫学中起作用的通用分子，也有助于葡萄糖摄取、血管形成、神经发育等。串联激酶之所以得名，是因为它们在物理上相互连接。它们也以在植物免疫中的作用而闻名

虽然它们在茎锈病免疫中的重要性并不令人惊讶，但该研究表明，串联激酶为实现免疫反应而进行的初始分子反应。这种反应最终会杀死细胞，使病原体无法获得其寄生提取的营养物质。因此，病原体无法增殖并感染更多的细胞，而是与其病态宿主一起死亡

在没有病原体的情况下，Wulff和他的同事发现串联激酶相互结合，几乎就像戴手铐一样，使它们保持不活跃状态。然而，当病原体与其中一种激酶结合时，它会有效地解锁袖带，释放另一种激酶来启动免疫反应。这种机制以前从未被观察到，并为设计对威胁性疾病具有更强抵抗力的小麦提供了见解

由于谷物和其他病原体的免疫机制在进化上是保守的，这项研究为加强谷物作物对抗许多疾病提供了一个框架

Wulff说：“大多数国家认为小麦对其粮食政策和粮食安全至关重要。我们越了解小麦对病原体的反应，就越能可持续地确保世界不断增长的人口的粮食供应。”

小麦易于种植、储存和加工，其营养价值使其成为世界上产量和交易量最大的作物。在过去的十年里，每年种植超过7.5亿吨。相比之下，另一种主要主食大米同期仅略超过5亿吨

Wulff也是可持续粮食安全卓越中心的联合主席。该中心正在进行科学研究，以提高可持续粮食生产，特别是在干旱环境中 More information: Renjie Chen et al, A wheat tandem kinase activates an NLR to trigger immunity, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp5034. www.science.org/doi/10.1126/science.adp5034

Journal information: Science