2024年1月，日本学者KOHJI YAMADA等在Science Advances上发表了题为“Sugar coordinates plant defense signaling”的文章，揭示了糖在协调模式植物拟南芥防御体系中至关重要的作用，并绘制了糖在植物防御作用的信号传递流程图。

doi : 10.1126/sciadv.adk4131

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文内缩略词

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植物在长期受到生物和非生物胁迫的过程中形成了多种组成型和诱导型的防御机制来适应环境。

该研究通过RNA测序(RNA-seq)分析研究了蔗糖(Suc)对基因表达的影响，图1结果表明尽管两种糖都通过HXK起作用，但Suc比Glc更容易刺激基因表达。

图1. 糖刺激植物防御信号传导

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该研究将将两种不可代谢的Glc类似物(2DG)施加到番茄幼苗上，为了探索Glc激活防御信号的详细机制。图2结果表明糖转运蛋白和HXK对2DG诱导植物防御信号传导具有贡献。

图2. HXK介导的Glc磷酸化为糖诱导防御信号传导所必需

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在糖充足的条件下，钙依赖性蛋白激酶5(CPK5)的磷酸化水平通过G6P介导的蛋白磷酸酶抑制而升高，从而增强植物病原体入侵前的防御反应。随后，细菌鞭毛蛋白的识别激活糖转运蛋白导致细胞G6P增加，从而引发CPK5非依赖性信号传导，促进植物激素水杨酸(SA)的合成以进行抗菌防御。

图3. CPK5 的蛋白质和磷酸化受糖信号调节

图4. G6P 抑制进化枝(A PP2Cs)对 CPK5 的去磷酸化。

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该试验在较高糖条件(100 mM Suc)下用几丁质处理植物，以提高基础细胞糖量，得出了由于糖内流活性未增强，细胞质糖量未增加，导致几丁质触发的SA合成检测不到的结论，表明细胞糖含量是PTI期间SA合成的关键因素。

图5. 糖量增加有助于PTI期间信号传导

图6. 细胞糖水平是PTI期间协调防御输出的关键

此研究解释了一个重要的植物防御系统，不仅可以抑制病原体，还能协调植物防御，基于防御信号是能量密集型传导，绘制了糖促进植物防御信号传导的全面视图，为植物防御机制研究提供了新视角。