【科学讲座】李传友:茉莉酸与植物防御

  • 王夺奎 (本科部)
  • 创建于 2018-12-04
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  2018年11月29日晚7点,中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座Ⅲ第176讲在玉泉路校区礼堂如期举行。中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、博士生导师李传友教授为我们带来了题为“茉莉酸与植物防御”的精彩讲座。

  李老师从前几天的基因编辑技术谈起,在这次讲座中将介绍我们如何用遗传学的方法研究生命过程,阐释了茉莉酸和植物的系统性防御的关系。

  李老师先是介绍了什么是茉莉酸和植物的系统性防御。他说道,茉莉花、泰国香米等有芬芳气息的植物都含有甲酯化茉莉酸。面对机械受伤和害虫的侵害时,植物有两种防御:本构性的防御和诱导性的防御。在研究果实成熟和系统性防御的过程中,番茄是一种独特的模式植物。1972年,Green和Ryan两位教授在研究番茄面对害虫侵害时,发现了番茄存在局部和系统性的防御反应,并提出了一个当时没法解决的问题:系统性的防御反应是怎么产生的。后来,科学家们发现了茉莉酸和甲酯化茉莉酸,以及一个只含18个氨基酸的小肽系统素都可以通过一个共同的信号通路,激活植物的防御反应,在系统性防御中起到了重要作用,而这一概念也早已写进教科书中。

  接下来,李老师将讲述如何用遗传学的方法解析这一过程。我们通过遗传学的方法,将基因过表达之后,植物自然激活了防御反应。通过筛选,我们得到了很多已经丧失防御反应的植物突变体,最后将这些突变后的基因找出来,发现它们要么与甲酯化茉莉酸有关,要么与系统素有关。李老师以几个实例介绍了这一方法,如对spr2和jar1抗性基因的研究等。按图索骥,这里的“图”是指遗传图,我们就可以找出使番茄失去系统性防御反应的基因。spr2之所以丧失了抗性,就是因为茉莉酸的合成出现了问题。茉莉酸不仅使其所诱导的spr2基因失去了抗性,失去了直接防御,也导致表皮毛的表达也出现了问题,丧失了间接性的防御。

  之后,李老师用spr2和jar1两种突变体材料,用嫁接的手段完成几组对照实验,观察植物的局部反应和系统性反应,研究Ryan教授所提出的长距离运输的信号。我们可以得出一系列结论:spr2不能产生信号,但是可以正常识别这一信号;jar1不能识别这一信号,但一定可以合成这一信号并传输出去。系统性抗性产生的要求是,植物要在受伤部位具备合成信号的能力,在系统部位具备识别信号的能力。于是,我们根据这两种遗传材料的特性,可以得出结论,这一信号就是茉莉酸,并挑战了Ryan教授提出的系统素是长距离运输的信号的模型。我们再通过一次嫁接实验,我们证实了系统素不是长距离运输的信号,而茉莉酸才是。这是李老师的研究工作,而Ryan教授也胸怀广大地称赞了这一工作。

  讲座即将结束,李老师解释了高等植物中的茉莉酸和高等动物中的前列腺素所起到的高度类似的防御机制,引起了学术界的讨论,也带给我们新奇的知识。例如,水杨酸可以抑制茉莉酸,而阿司匹林(乙酰水杨酸)可以阻断前列腺素的作用。信号分子的生化来源和作用机理上,希望引起同学们的兴趣。

  李老师寄语国科大学生:立志,投身科学事业既是远大理想,更是沉甸甸的责任;自信,国科大同学们恰逢从事科学研究的黄金时代;努力,攀登科学前沿,实现科学理想,重在持之以恒;沟通,科学的本质在于沟通交流,善于沟通交流是做好科学的重要诀窍。

  讲座结束,同学们爆发出热烈的掌声。

 李传友老师为同学们做精彩报告

报告人简介:

  李传友,国科大岗位教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、博士生导师、中科院百人计划入选者、国家杰出青年基金获得者、科技部中青年科技创新领军人才、中组部万人计划领军人才。目前担任国家重大科学研究计划项目首席科学家。《Molecular Plant》、《Plant Molecular Biology》以及《遗传》、《植物学报》 编委。组织了第286次香山科学会议“植物激素与绿色革命”和第479次香山科学会议“植物发育与生殖:前沿科学问题与发展战略”。

  李传友研究组主要研究植物激素茉莉酸的生理功能及作用机理。在Nature, Plant Cell,PNAS,PLoS Genetics等国际著名学术刊物发表论文100余篇。在国际权威出版社ELSEVIER出版英文专著《Hormone Metabolism and Signaling in Plants》。

讲座内容简介:

  回顾茉莉酸研究的历史,介绍以番茄为模式用遗传学方法解析植物系统性防御的历程,阐述如何巧妙地利用嫁接实验证明调控植物系统性防御的长距离运动的信号分子是茉莉酸而不是传统认为的系统素。演讲还将结合茉莉酸信号通路的最新进展,阐述植物激素“核受体”作用机理。

延伸阅读:

  “科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学等13个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。

 

责任编辑:黄巧