过量的一氧化氮会阻碍植物的系统性免疫。

肯塔基大学的研究人员发现了一种过量一氧化氮损害植物系统免疫的机制。研究表明，高浓度的一氧化氮会改变细胞pH值，降低水杨酸的运输，并削弱系统获得性抗性（SAR）。该研究使用了 拟南芥（Arabidopsis thaliana） 作为模型。

该研究分析了GSNOR1基因发生突变的植物。这些植物体内积累了大量的一氧化氮。此外，它们还表现出系统获得性抗性（SAR）——一种全株免疫反应——无法被激活。SAR反应发生在植物某一部分受到感染之后，并使远端组织做好迎接病原体进一步攻击的准备。

水杨酸

科学家指出，问题不仅在于防御信号的产生，植物还需要运输这种信号。研究表明，当一氧化氮过量积累时，与植物防御相关的分子水杨酸难以进入植物的运输系统。

在gsnor1突变体中，细胞外空间酸性增强，细胞内部碱性增强。这种变化影响了pH稳态，并阻碍了水杨酸的运输。其结果是减少了信号向组织的输入，并限制了全身免疫的激活。

科学家报告称，接种后，gsnor1 植物叶柄渗出液中积累的水杨酸较少。 丁香假单胞菌 pv。 番茄这些渗出物可作为评估韧皮部相关化合物的实验替代指标。即使其他与构效关系相关的信号（例如甘油-3-磷酸和TAS3a）仍然存在，这种减少现象依然发生。

减少堆积

研究人员还观察到，受感染叶片的细胞间隙和角质蜡中水杨酸的积累量减少。标记水杨酸的检测结果表明，该分子从处理过的组织中置换出来的量也减少了。作者将此结果解释为细胞吸收和/或向韧皮部运输失败的证据。

研究团队测试了两种外源施用水杨酸的途径。当水杨酸喷洒在叶片上时，突变体仍然表现出有限的反应。而当水杨酸通过土壤施用时，植物的免疫信号传导和RAS系统则得以恢复。这一结果表明，感知系统并未丧失功能。主要问题在于叶面施用途径的信号传递受阻。

直接效应

该研究还评估了一氧化氮对水杨酸吸收的直接影响。研究人员向野生型植物的原生质体中添加了一氧化氮供体和标记的水杨酸。结果表明，一氧化氮浓度的增加会以浓度依赖的方式降低水杨酸的吸收。而过氧化氢处理则没有产生相同的效果。

科学家利用针对细胞质和细胞间隙的pH传感器来测量活体植物的pH变化。在gsnor1突变体植物中，传感器显示细胞间隙酸性增强，而细胞质碱性增强。这一结果支持了过量一氧化氮破坏pH梯度并降低水杨酸等弱分子运输的模型。

获得性耐药性

另一种一氧化氮过量的突变体（称为nox1）也未能产生系统性获得性抗性。该突变体在渗出液中水杨酸积累较少，且丧失了系统性获得性抗性。然而，nox1和gsnor1表现出不同的代谢特征和亚细胞内一氧化氮定位模式。该研究得出结论：一氧化氮的含量和空间分布影响着免疫和代谢反应。

研究结果进一步证实了一氧化氮在植物防御中的双重作用。该分子参与免疫反应，但其含量必须保持平衡。过低或过高的含量都会损害呼吸系统（RAS）。对于科学家而言，这一发现为分析农作物的抗病性提供了一种新方法。植物不仅需要产生防御信号，还需要将这些信号传递到正确的组织。

更多信息请访问 doi.org/10.1126/sciadv.adz4776