Cell Host & Microbe | Growth-defense trade-off in plants: From hypothesis to principle to paradigm
植物中的“生长-免疫权衡”(growth-defense trade-off)描述了生长与免疫两个重要生命活动之间的拮抗关系。这一概念最初在进化与生态学领域中作为假说萌芽,随后成为了分子机制研究的基本原理,并在近年来发展为作物抗病育种领域中的核心范式。这一权衡包括两类拮抗模式:
1.免疫主导抑制生长(defense-antagonizing-growth),其具体可分为:a)静态模式:无病原条件下,免疫性状本身带来“代价”(resistance cost);(b)动态模式:病原感染时,免疫激活引发生长抑制。
2.生长主导抑制免疫(growth-antagonizing-defense),其典型的例子为miR393 通过抑制生长素信号增强抗病性。
目前多数研究集中于静态的“免疫抑制生长”模式,即植物通过基因导入、生物干预或化学处理获得免疫性状后,在无病原压力条件下,免疫系统的非特异性激活会产生免疫代价,其一旦超过某一阈值,便会影响植物的生长、作物产量和生态适应。在人类健康中也存在类似的现象,如创伤或慢性自身免疫引起的炎症反应,常伴随着营养失衡、体重下降,甚至死亡。然而,一个核心问题是:为何许多携带免疫基因的优良作物品种在实际生产中并未表现出生长损失?
近日,武汉大学高等研究院、杂交水稻全国重点实验室和湖北省洪山实验室胥国勇教授课题组在 Cell Host & Microbe 在线发表了题为Growth-defense trade-off in plants: from hypothesis to principle to paradigm的综述文章。
该文围绕以下几个框架问题展开讨论:生长-免疫权衡是否具有普遍的进化意义?免疫为何会牺牲生长作为代价?优良品种如何规避这一代价?产生的代价是否可以被改造以缓解?生长和免疫是否可能在某些情形下突破 trade-off 限制,产生协同效应?综述进一步指出,在病原感染条件下,由免疫激活引发的动态免疫抑制生长模式值得更多关注,并展望了包括耐病性在内的免疫策略的重要意义。
武汉大学博士研究生侯梦露为该论文第一作者,武汉大学胥国勇教授为通讯作者。清华大学刘玉乐教授和武汉大学唐枝娟博士对该工作提出了宝贵意见。相关研究得到国家自然科学基金委、农业生物育种重大项目及湖北洪山实验室重大项目资助。
论文链接:
https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(25)00205-7
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https://authors.elsevier.com/a/1lbX56t8JEucX9