苔藓、地钱、蕨类植物和藻类可能为保护农作物免受疾病威胁的全球挑战提供一个令人兴奋的新研究前沿。
与包括主要农作物在内的开花植物相比，这些非开花植物通常被认为不够成熟。
然而，约翰英纳斯中心开展的新研究发现，非开花苔藓植物，尤其是苔藓，含有复杂的免疫受体库。
“非维管植物和非开花苔藓植物通常被认为是开花植物的简单前身，但我们发现苔藓尤其具有一组扩展的免疫受体，这可能是植物中最复杂的，”约翰英纳斯中心的研究小组负责人兼研究作者菲尔卡雷拉博士说。
生物技术揭示，保护植物免受病原体侵害的NLR免疫受体结构域可以在开花植物和非开花植物之间转移。
Carella 博士补充道：“这项研究令人兴奋的地方在于，苔藓等非开花植物中发现的多样化免疫力是可以转移的，因此它们为我们提供了抗病原体的新抗性基因来源。”
这一发现为主要农作物的免疫工程开辟了令人兴奋的新可能性，这些农作物正面临着因气候变化而加剧的新兴和快速进化的病原体的威胁。
数百万年来，植物已经进化出富含亮氨酸重复序列 (NLR) 免疫受体来检测病原体。开花植物的 NLR 是一个研究得很好的课题，但人们对不同谱系的非开花、非维管苔藓植物的受体的形式和功能了解甚少。
苔藓植物与开花植物在 5 亿多年前就分道扬镳了，人们对其免疫系统的了解有限。该团队利用遗传和计算工具的组合，重点研究了编码植物免疫生化基础的 NLR 免疫受体的 N 端结构域。
他们发现，尽管这些结构域的基因序列高度多变，但不同植物谱系的免疫受体结构域之间存在显著的结构和功能相似性。
他们利用瞬时表达技术，将从地钱属植物等非开花植物中获得的免疫受体基因转移到开花植物本氏烟(一种矮化烟草)中。
不同的免疫受体结构域在开花植物中短暂表达时会激活强烈的免疫反应。反之亦然，研究人员发现他们可以将开花植物中的免疫结构域功能性地转移到非开花植物中。
这些结构域可转移且可在植物谱系间发挥作用，这是理解上的突破，并为作物保护提供了实际应用。
“这意味着我们可以利用苔藓或地钱等非开花植物作为抗农作物病原体的新抗性基因来源，”卡雷拉博士解释说，“我们表明我们确实可以利用整个植物界中免疫受体的巨大进化多样性。因此，我们改造免疫的范围比我们最初想象的要大得多。”
该团队还在探索苔藓植物中编码的进化新颖性，作为可用于保护农作物免受疾病侵害的基因发现的来源。
未来的实验将寻求识别能够引发不同植物免疫力的病原体分子。
研究人员还将尝试了解免疫受体的各个成分如何结合在一起来激活免疫反应。
卡雷拉博士表示，这项研究还提供了生物学见解，“人们通常认为开花植物是进化的顶峰。但我们的研究表明，非开花植物中可能存在复杂的免疫受体生物化学，如果我们能将这些生物化学转移到农作物中，这可能会成为新的免疫储存器。”
NLR 免疫受体的 N 端结构域在不同植物谱系中表现出结构和功能相似性，发表在《植物细胞》七月刊上。