清华大学生命学院齐天从课题组合作发现全新植物快速免疫系统

 在自然界中，植物持续遭受病原微生物侵害。为应对这些威胁，植物进化出多种免疫防御机制。其中，保卫细胞感知病原菌，迅速关闭气孔，阻断病原菌入侵，形成第一道防线，称为“气孔免疫”，是一种至关重要的广谱防御机制。

作为多器官生物，植物在时空上协调全局防御。科学界已知，在病原菌侵染本地叶片后，植物远端未被侵染的叶片经过数天时间可以获得一种依赖于水杨酸途径而持续数天甚至数周的免疫抗性，称为“系统获得性抗性（SAR）”。然而，适宜病原菌侵害的环境往往使植株器官在短期时间（数小时）内先后遭受病原菌威胁。植物是否存在一种快速预警系统，在病原菌侵染本地叶片后，迅速将免疫信息传递至远端未被侵染的叶片，提前统筹防御，赋予植物全局性免疫能力。这是一个亟待解决的关键科学问题。

1月27日，清华大学生命科学学院齐天从副教授课题组与合作者在《细胞》（Cell）发表题为“一个由上游阅读框编码的移动性小肽激活系统性气孔免疫”（AnuORF-encoded mobile peptide sparks systemic stomatal immunity）的研究论文。首次发现了一种侵染早期快速启动的全新全局性免疫系统“系统性气孔免疫”，鉴定了介导该系统的移动性信号分子及其受体复合体，揭示了新型的细胞内信号转导机制，阐明了病原菌侵染早期快速启动全局防御的分子通路。这为上述提出的关键科学问题提供了突破性答案。

研究发现，当植物本地叶片遭受病原菌入侵后，远端未被侵染的系统叶片气孔在两小时内迅速关闭，并持续数小时，有效阻止病原菌侵染。研究团队将这一新发现的全局性免疫现象称为“系统性气孔免疫”（Systemic stomatal immunity，SSIM）。这意味着，植物“系统性气孔免疫”负责快速响应与早期防御，而“系统获得性抗性”承担后期巩固与持久免疫，两套时空协防体系相互配合，形成高效、立体的免疫网络，帮助植物有效应对病原菌威胁。

研究团队进一步研究了“系统性气孔免疫”的分子基础，发现一个由上游开放阅读框（uORF）编码的小肽是介导“系统性气孔免疫”的关键移动性信号分子，命名为USIC。本地叶片受到侵染后，USIC迅速合成，包裹于囊泡中通过维管组织传递至远端未被侵染的系统叶片。在系统叶片中，USIC被保卫细胞表面的受体复合体SIRK1-KIN7识别，激活钙离子内流。这一信号触发半胱氨酸蛋白酶MC4对共受体KIN7进行剪切，释放KIN7胞内结构域，使其从质膜转移至液泡膜。KIN7胞内结构域与AHA1质子泵及PIP2;1水通道蛋白在液泡膜上相互作用，使液泡失水，驱动气孔快速关闭（图1）。令人振奋的是，USIC有效诱导白菜、甘蓝、萝卜、番茄等植物的气孔关闭，展现出良好的农业应用前景。

“系统性气孔免疫”通路模式图

综上，该研究首次报道高等植物“系统性气孔免疫”这一全新防御系统。它区别于建立缓慢的“系统获得性抗性”，也不依赖于水杨酸通路，而是以一种更精简、更迅速的信号转导特性，实现植物全身的整体性防御。这一发现不仅开拓了植物免疫学理论，也为开发广谱、快速抗病特性的作物提供了重要理论基础。

清华大学生命科学学院副教授齐天从与首都师范大学教授宋素胜为论文共同通讯作者。清华大学生命科学学院在站博士后刘长振、余强胜，2025届博士毕业生金云帆为论文共同第一作者。清华大学生命科学学院博士后宋天雪，工程师韩萌，2024级博士生柯乐怡，教授刘玉乐、邓海腾、谢道昕、鲁志副；首都师范大学2024届硕士毕业生马威，2023级硕士生钱毅、薛琪，2023级博士生董雨鑫，副教授侯聪聪；北京大学现代农学院已出站博士后李静，研究员王继纵；云南大学教授武旭娜；香港中文大学教授姜里文；中国农业大学教授巩志忠；杜克大学教授何胜洋为研究作出了重要贡献。研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划以及清华-北大生命科学联合中心等项目的支持。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01437-0

供稿：生命学院

编辑：刘芳芳

审核：郭玲