在自然界中，植物虽然无法移动，却拥有复杂而精妙的防御体系。当遭遇病原菌或昆虫侵袭时，植物不仅能够启动自身免疫反应，还能通过释放挥发性化学信号向周围植物“通风报信”，提醒邻居提前做好防御准备。这种依赖空气传播信号分子的植物间信息交流被称为“气传防御”（Airborne defense, AD）。然而，植物在受到胁迫时如何迅速合成并释放这些信号，一直是植物免疫研究中的重要科学问题。
近日，山东农业大学丁新华团队在Molecular Plant发表题为
BSMT1, SABP3, and MAT2 assemble into a ternary complex vital for methyl salicylate biosynthesis and airborne defense的研究论文，揭示了植物在病原菌侵染时快速合成关键信号分子水杨酸甲酯（MeSA）的分子机制。研究发现，植物通过组装一种三元蛋白复合体，大幅提高MeSA的合成效率，从而快速向周围植物释放防御信号。
水杨酸甲酯是一种具有挥发性的植物信号分子，在植物免疫中发挥重要作用。早期研究表明，病原菌侵染后植物体内会积累水杨酸（SA），部分SA被转化为MeSA，并参与系统获得性抗性（SAR）的建立。此外，大量MeSA会挥发到空气中，被邻近植物感知，从而诱导其提前激活防御反应。但长期以来，科学家并不清楚植物是如何在短时间内高效合成MeSA以满足这种快速防御需求。
为了进一步揭示MeSA快速合成的分子基础，研究团队通过蛋白互作筛选发现，负责合成MeSA的甲基转移酶BSMT1可以与两种蛋白——SABP3和MAT2形成稳定复合体。其中，MAT2负责合成甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM），而SAM正是MeSA合成反应所必需的甲基来源。研究表明，在病原菌侵染后，植物体内水杨酸水平升高，这一变化会促进BSMT1、SABP3和MAT2在细胞质中组装成三元复合体。
研究发现，当病原菌入侵时，植物体内的SA水平迅速升高，发出了启动防御“生产线”的信号。在SA的诱导下，原本分散存在的BSMT1、SABP3和MAT2在细胞质中迅速聚集，并组装形成一个稳定的三元复合体。SABP3与MAT2结合后，可显著增强MAT2的酶活性，使其更高效地合成甲基供体SAM，从而为下游反应提供充足的底物来源。三元复合体的形成同时改变了BSMT1的构象状态，提高了其对底物SA的结合能力，进而显著提升了催化生成MeSA的效率。换言之，通过组装这一三元复合体，植物在甲基供体的生成与MeSA的催化合成两个关键环节实现了协同增强，从而短时间内迅速合成大量MeSA并将其释放到空气中。
综上所述，该研究揭示了一种植物快速调控挥发性防御信号合成的新机制，即通过组装多酶复合体来提高代谢效率。这种策略使植物能够在病原菌侵染后迅速放大防御信号，并通过空气传播实现植物间的信息交流。
山东农业大学丁新华教授为论文通讯作者，博士研究生孙宝龙，副教授杨巍为共同第一作者。山东农业大学已毕业硕士研究生商鲁玥、刘洋，在读硕士研究生魏兰苏，尹梓屹教授、张海淼副教授、李洋副教授、路冲冲副教授、赵海朋副教授，美国南卡罗莱纳大学傅正擎教授，中国海洋大学已毕业博士研究生张艺涵，四川大学在读博士研究生赵博宇及岛津（中国）有限公司汪勇高级专家参与了该项研究。
丁新华教授长期从事植物与微生物互作和植物免疫分子机理研究、植物免疫诱抗剂及绿色防控技术研发，以通讯或第一作者在Nature Communications、Molecular Plant、Plant Cell、Journal of Advanced Research、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist、Plant Communications等期刊发表论文90余篇，发表SCI论文被引用4300余次。主持国家重点研发计划子课题、国家重大科技专项子课题、国家自然科学基金面上项目、山东省重大基础研究项目、山东省自然科学杰出青年基金等三十余项。丁新华教授课题组长期致力于植物与微生物互作、植物免疫研究，诚邀有志青年加入（博士后/研究生），共解科研难题！联系方式：xhding@sdau.edu.cn
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205226000742
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