中国农业大学毕业,入职清华大学,发表《Science》,再发《Cell》,在植物免疫领域取得重要进展

在自然界中，植物持续遭受病原微生物侵害。为应对这些威胁，植物进化出多种免疫防御策略。其中，保卫细胞感知病原菌，迅速关闭气孔，阻断病原菌入侵，形成第一道防线，称为“气孔免疫”，是一种至关重要的广谱防御机制。

作为多器官生物，植物在时空上协调全局防御。科学界已知，在病原菌侵染本地叶片后，植物远端未被侵染的叶片经过数天时间可以获得一种依赖于水杨酸途径而持续数天甚至数周的免疫抗性，称为“系统获得性抗性(SAR)”。然而，适宜病原菌侵害的环境往往使植株器官在短期时间（数小时）内先后遭受病原菌威胁。植物是否存在一种快速预警系统，在病原菌侵染本地叶片后，迅速将免疫信息传递至远端未被侵染的叶片，提前统筹防御，赋予植物全局性免疫能力？这是一个亟待解决的关键科学问题。

该研究发现，当植物本地叶片遭受病原菌入侵后，远端未被侵染的系统叶片气孔在两小时内迅速关闭，并持续数小时，有效阻止病原菌侵染。研究团队将这一新发现的全局性免疫现象称为“系统性气孔免疫”（Systemic stomatal immunity，SSIM）。这意味着，植物“系统性气孔免疫”负责快速响应与早期防御，而“系统获得性抗性”承担后期巩固与持久免疫，两套时空协防体系相互配合，形成高效、立体的免疫网络，帮助植物有效应对病原菌威胁。

该团队进一步研究了系统性气孔免疫的分子基础，发现一个由上游开放阅读框 (uORF) 编码的小肽是介导系统性气孔免疫的关键移动性信号分子，命名为USIC。本地叶片受到侵染后，USIC迅速合成，包裹于囊泡中通过维管组织传递至远端未被侵染的系统叶片。在系统叶片中，USIC被保卫细胞表面的受体复合体SIRK1-KIN7识别，激活钙离子内流。这一信号触发半胱氨酸蛋白酶MC4对共受体KIN7进行剪切，释放KIN7胞内结构域，使其从质膜转移至液泡膜。KIN7胞内结构域与AHA1质子泵及PIP2;1水通道蛋白在液泡膜上相互作用，使液泡失水，驱动气孔快速关闭（图1）。令人振奋的是， USIC有效诱导白菜、甘蓝、萝卜、番茄等植物的气孔关闭，展现出良好的农业应用前景。

图1，系统性气孔免疫通路模式图

综上，该研究首次报道高等植物“系统性气孔免疫”这一全新防御系统。它区别于建立缓慢的“系统获得性抗性”，也不依赖于水杨酸通路，而是以一种更精简、更迅速的信号转导特性，实现植物全身的整体性防御。这一发现不仅开拓了植物免疫学理论，也为开发广谱、快速抗病特性的作物提供了重要理论基础。

清华大学生命科学学院齐天从副教授与首都师范大学宋素胜教授为本文共同通讯作者。清华大学生命科学学院在站博士后刘长振、余强胜、2025届博士生金云帆为该论文的共同第一作者。清华大学生命科学学院在站博士后宋天雪、韩萌工程师、2024级博士生柯乐怡、刘玉乐教授、邓海腾教授、谢道昕教授、鲁志副教授，首都师范大学2024届硕士生马威、2023级硕士生钱毅、薛琪、2023级博士生董雨鑫、侯聪聪副教授，北京大学现代农学院已出站博士后李静、王继纵研究员，云南大学武旭娜教授，香港中文大学姜里文教授，中国农业大学巩志忠教授，杜克大学何胜洋教授为本文做出了重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划以及清华-北大生命科学联合中心等项目支持。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.12.024

专家点评

何祖华（中国科学院院士，中国科学院分子植物科学卓越创新中心）

“气孔免疫”一直是植物免疫的热点领域。最近，清华大学齐天从团队与合作者的研究首次提出“系统性气孔免疫”这一全新的免疫概念。他们发现，叶片受病原菌侵染后，可迅速诱导远端未被侵染叶片的气孔关闭，表明植物存在一条此前未知的系统性免疫通路，能够在全株尺度上，调控气孔关闭，建立防卫屏障。这一发现突破了将气孔免疫视为局部反应的传统认识，与经典的“系统获得性抗性”在响应时间和功能上形成互补优势，使植物在病原侵染的不同阶段均具备整体防御能力。该研究开辟了植物系统性免疫的新理论，填补了植物免疫领域的关键空白，具有里程碑式的意义。

在分子机制层面，该研究结合翻译组测序创新性鉴定出由uORF编码的小肽USIC作为系统性气孔免疫的关键移动性信号分子，揭示了非典型编码区在植物免疫调控中的重要生物学功能。研究发现，病原菌侵染部位合成的USIC经维管束长距离移动，被系统叶片受体复合体SIRK1-KIN7感知，经MC4切割KIN7共受体，调控质子泵与水通道蛋白，最终关闭气孔。该研究解析的跨组织信息传递和细胞信号识别与转导新机制，展现了植物生命活动的精细调控及其重要生物学意义。

该研究不仅在基础理论上实现重大突破，也为作物广谱、持久抗病性改良提供了新的研究路径。可通过基因改造或应用小肽诱导剂激活作物系统性防御，有望发展高效、绿色、环境友好的新型植物保护策略，具有重要应用前景。

周俭民（研究员，崖州湾国家实验室）

与动物免疫中的细胞因子类似，植物产生多种小肽调控免疫，这些小肽被称之为植物细胞因子，相关研究是植物免疫领域的热点方向。越来越多的工作表明，不同植物细胞因子的产生、在免疫中的功能、以及作用机制各不相同，目前已报道的植物细胞因子很可能只是冰山一角。齐天从教授与合作者的这项研究发现了一个新的植物细胞因子USIC。不同于已经报道的植物细胞因子，USIC并非由常规编码区产生，而是由基因上游的uORF编码。大多数已经报道的植物细胞因子在组织内的移动能力有限，而USIC却是一个长距离移动小肽，能从感染叶片迅速移动到远端叶片，系统性的诱导气孔关闭，使得叶片在病原细菌到达前提前关闭气孔阻止细菌的入侵。进一步的探究发现了响应USIC的受体及共受体基因，揭示了一条从未报道过的免疫通路。她的工作，拓展了人们对植物免疫认知的维度，为病害防控提供了新的思路。

齐天从博士，清华大学生命科学学院副教授。2007年获中国农业大学学士学位；2012年获清华大学博士学位，之后在清华大学从事博士后研究；2016年被评为唐氏杰出学者在美国加州大学伯克利分校从事科学研究。2019年加入清华大学生命科学学院任助理教授、副教授。课题组长期聚焦于植物与病原微生物互作机理研究，鉴定了植物免疫通路关键组分，揭示了植物与病原菌互作的分子机理，在 Cell、Science、Nature plants, Cell Research, PNAS, Plant Cell, New Phytologist、J Integr Plant Biol.等期刊发表多篇论文，被Google Scholar引用7800余次，多次入选科睿唯安全球高被引科学家。