植物激活“战时”蛋白质生产以抵抗入侵

植物经常受到细菌、病毒和其他病原体的攻击。当植物感知到微生物入侵时，其细胞内的蛋白质化学汤，也就是生命的主要分子，会发生根本性的变化。在《细胞》期刊上发表的一项新研究中，美国杜克大学的研究人员揭示了植物细胞中的关键成分，这些成分对其蛋白质制造机制进行了重新编程，以对抗疾病。

每年，15%的作物产量由于细菌和真菌疾病而损失，这大约是2200亿美元。植物依靠它们的免疫系统进行反击。

与动物不同，植物没有专门的免疫细胞将血液输送到感染部位。植物中的每一个细胞都必须挺身而出保护自己，迅速进入战斗模式。当它们受到攻击时，它们会将重点从生长转移到防御，细胞会开始合成新的蛋白质，并抑制其他蛋白质的产生。然后2-3个小时内，一切恢复正常。

细胞中产生的数万种蛋白质从事着许多工作：催化反应，充当化学信使，识别外来物质，将物质运进运出。为了构建特定的蛋白质，细胞核中DNA的遗传指令被转录成mRNA信使分子。然后这个mRNA链进入细胞质，在那里核糖体“读取”信息并翻译成蛋白质。

2017年的一项研究发现，当植物被感染时，一些mRNA分子转化为蛋白质的速度比其他人快。这些mRNA分子的共同点是RNA链前端的一个区域。它的遗传密码中有重复的字母，腺嘌呤和鸟嘌呤在这个区域反复出现。

在新的研究中，研究小组展示了这个区域如何与细胞中的其他结构一起激活“战时”蛋白质的生产。

研究表明，当植物检测到病原体攻击时，通常指示核糖体着陆和mRNA读取的起点分子标记被移除，这使得细胞无法制造其典型的“和平时期”蛋白质。相反，核糖体绕过通常的翻译起点，利用RNA分子中重复的As和Gs区域进行对接，从那里开始阅读。

研究人员表示，对于植物来说，对抗感染是一种平衡行为。将更多的资源分配给防御，意味着更少的资源可以用于光合作用和其他生命活动。防御蛋白的过量生产会造成附带损害：免疫系统过度活跃的植物生长缓慢。

通过了解植物如何实现这种平衡，研究人员希望找到新的方法来设计抗病作物，而不影响产量，并已用拟南芥进行了大部分实验。然而，在果蝇、小鼠和人类等其他生物中也发现了类似的mRNA序列，因此它们可能在控制植物和动物的蛋白质合成中发挥更广泛的作用。

植物的这种防御机制真的很高效很强大。虽然没有专门的免疫细胞，植物看似防御较弱，但其体内的每一个细胞都能在关键时刻挺身而出，调整自己的轻重缓急，产生更多的蛋白质用于与敌人的战斗。有意思的是，他们还会“忘衣藏功名”。危险解除后，他们可以回到正常的“和平模式”，继续专注于自己的成长。植物对抗感染，仿佛轻而易举地把握住了“防御”与“生长”之间的资源分配平衡。这是人类在为动植物设计抗病方案时需要学习和借鉴的。