清華新聞網11月21日電 在自然生態系統中，光不僅是植物光合作用的能量來源，更是調節植物生長、發育和免疫的重要環境信號。尤其在黃昏和黎明時分，太陽光譜中遠紅光（far-red light, FR）比例顯著升高，這一光譜變化伴隨著昆蟲活動的增強，極大增加了植物遭受昆蟲傳播病毒侵染的風險。植物如何感知并應對這一“光-蟲-病毒”三重挑戰，一直是未解的科學問題。
11月19日，清華大學生命科學學院劉玉樂教授課題組與北京大學現代農學院龔騫研究員課題組合作在《科學進展》（Science Advances）上在線發表題為“遠紅光調控植物抗病毒免疫”（Far-red light orchestrates antiviral defense in plants）的研究論文。研究揭示植物通過遠紅光受體光敏色素A（phyA）激活免疫系統、增強抗病毒及抗蚜蟲能力的分子機制，并發現多種植物病毒進化出干擾遠紅光信號的反防御策略。
研究發現，在遠紅光照射下，phyA被激活并轉入細胞核，促使轉錄因子PIF1發生泛素/26S蛋白酶體依賴的降解，解除其對轉錄因子RVE7（REVEILLE7）的抑制。隨后，RVE7直接結合免疫核心調控因子EDS1（Enhanced Disease Susceptibility 1）的啟動子，增強水楊酸（SA）信號通路，從而顯著增強植物對多種病毒的抗性。值得注意的是，該遠紅光誘導的phyA–RVE7–EDS1信號模塊不僅抵御病毒感染，還同時提高了植物對蚜蟲的抗性，實現了對病毒病害的“雙重阻斷”。
研究進一步發現，多種植物病毒（如CMV、PVY和TMV）利用其編碼的RNA依賴的RNA聚合酶（RdRP）蛋白，通過競爭性結合phyA，阻斷其與核轉運因子FHY1的互作，從而抑制phyA進入細胞核進而干擾遠紅光介導的免疫過程。這一發現揭示了病毒已進化出針對遠紅光介導植物免疫的反防御機制，揭示了植物與病毒在光信號介導的免疫層面上的協同進化博弈。
遠紅光介導植物抗病毒和抗蚜蟲免疫的分子機制示意圖
這一研究不僅系統解析了遠紅光介導植物抗病毒免疫的信號網絡，還揭示了病毒如何通過干擾光信號通路來削弱植物防御，為理解植物-病毒-昆蟲-環境四方相互作用提供了新的視角。研究提出的“利用特定光譜信號激活作物自身免疫”的理念，為開發基于光調控的綠色病害防控策略提供了重要理論基礎，也為設施農業中利用LED光源精準誘導作物免疫開辟了新途徑。
清華大學生命科學學院教授劉玉樂和北京大學現代農學院研究員龔騫為論文共同通訊作者，龔騫為論文第一作者。研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、博士后創新人才支持計劃等的資助。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7663
供稿：生命學院
編輯：李華山
審核：郭玲
