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植物的免疫系统

2011-04-15 11:28 作者:袁越来源:三联生活周刊 2011年第16期
植物和动物一样,也有复杂的免疫系统。

植物有免疫系统吗?答案似乎应该是肯定的,否则植物该怎么防止自己生病呢?可是,如果我们检查一下植物的身体就会发现,植物的免疫系统肯定跟人有很大区别,因为我们找不到熟悉的免疫器官,比如脾脏、淋巴结和骨髓等等。

如果我们能找到一架显微镜,用它观察一下植物的细胞构成,结果同样令人失望,我们找不到任何一种熟悉的淋巴细胞。如果我们再进一步,用科学仪器分析一下植物的分子构成,就会发现植物的身体里根本没有抗体。由此看来,植物即使有免疫系统,也肯定会和动物的很不一样。

不过,最近这十几年的研究表明,上述结论下得为时过早。植物的免疫系统起码有一点和动物非常相似,那就是“识别非我的机制”。

如果我们必须用一句话给免疫系统下个定义的话,答案一定是“识别非我的机制”。这才是免疫系统最核心的部分,其余的那些花哨的东西,比如抗体的形成或者巨噬细胞消灭敌人的能力,都必须建立在这个机制之上。换句话说,只要生命体能够将敌人辨认出来,剩下的事情就好办了。目前医学界遇到的最难对付的几种疾病,比如艾滋病和自免疫疾病,其根源都出在这一步上。

具体来说,艾滋病为什么这么难治?根本原因就是我们的免疫系统没办法有效地识别出HIV病毒,总是让它钻了空子。为什么自免疫疾病那么难以对付?就是因为我们的免疫系统错误地将自己人当做了敌人,其结果一定是灾难性的。

那么,植物是靠什么来识别非我的呢?答案要从细胞表面受体(Receptor)上去寻找。细胞表面受体是一类横跨细胞膜内外的蛋白质,其露在细胞外面的部分能够和周围环境中的特异性分子相结合,一旦这种结合发生了,留在细胞内的那部分受体分子的三维结构就会发生相应的改变,从而触发一系列化学反应,比如激活防卫细胞前往杀敌。

科学家们早就做出预言,高等生物细胞表面一定存在能够识别非我的受体,但因为实验难度很大,这个领域一直进展缓慢。最先做出突破的是植物界的研究人员,美国著名的霍华德·休斯研究所研究员布鲁斯·布特勒(BruceBeutler)博士于1995年在水稻中发现了第一个能够识别非我的植物细胞表面受体基因,取名叫做Xa21。此后科学家们又在水稻和拟南芥(一种专门用来做研究的模型植物)中发现了一系列相似的细胞表面受体,其中在拟南芥中发现的FLS2受体非常重要,这是第一个搞清了作用机理的细胞表面受体。研究人员发现这种受体能够特异性地与flg22蛋白质片段相结合,而这个flg22恰好是所有细菌的鞭毛表面都有的一个蛋白质片段。几年之后,Xa21的标靶也找到了,它就是水稻麴霉菌细胞表面的一个蛋白质片段。如果把这两个基因都去掉的话,水稻和拟南芥都会对细菌感染失去抵抗力。

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