氢气赋予水稻病毒抵抗力
文章来源：admin发布日期：2023-08-12 11:46浏览次数：
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重要性：尽管氢分子在动物中具有潜在的治疗作用，但这种气体是否或如何在植物抗病性中发挥作用尚未阐明。RSV被认为是水稻中最具破坏性的植物病毒，因为它可能导致田间生产的严重损失。因此，该病被选为探索分子氢与植物病原体抗性之间相互关系的经典模型。在这项研究中，我们发现外源性和内源性H2都可通过调节水杨酸信号传导增强植株对稻条病毒感染的抗性。与一些常用的农用化学品相比，H2几乎无毒。我们希望这里介绍的研究结果将成为科学界推动氢基农业向前发展的机会。
氢思语点评：氢气医学研究的主要是氢气治疗疾病，治疗疾病有两个方面的可能作用，一是氢气直接作为，氢气作为抗病因子，例如氢气中和自由基，减少氧化损伤。本质就是氢气作为消除治病因子的武器弹药。另一个是氢气发挥间接作用，就是氢气影响了身体自己的抗病能力，例如影响了身体基因表达，提高了身体自身免疫力，有时候表现为身体自身抗氧化抗炎症能力。氢气直接作用和间接作用是非常不一样的效应，但在医学研究中，这两类作用往往不被强调，甚至有时候混为一谈，导致对现象理解上的混乱。
氢气直接作用其实比较容易理解，选择性抗氧化的主要含义就是这个意思。间接作用则是相对复杂的，因为要让身体自己发生变化，意味着氢气对身体产生影响，注意氢气对人体产生影响。这种影响一定存在正面作用和负面作用。但是由于我们没有发现氢气对身体的副作用或明确的毒性效应。因此这种间接效应是否存在都是需要探讨的。不过由于大量的生物医学研究，已经逐渐出现一些对身体影响的间接效应，比较典型的就是发现氢气能影响细胞基因表达和信号传导分子活性，当然这些效应也有可能是氢气抗氧化产生的后续效应，但主流解读是认为氢气能影响这些效应。例如氢气能促进Nrf2转录活性，这一转录活性增加，可以导致抗氧化抗炎症效应的系统性激活。
本研究对植物抗病毒效应作为研究表型，发现增加氢气供应，无论是外源性补充，还是增加植物细胞自身合成氢气，都能提高植物抗病毒的能力。这一研究非常明确地证明氢气能增加植物身体细胞自身的抗病毒作用。我们简单说是增加了植物的自身免疫力，如果这种效应也出现在人体，那么氢气就可以增强身体抗病毒能力。当然从研究中看出，这种免疫力属于先天性免疫类似，并非获得性免疫力。无论如何，这是一种非常有意思的发现：氢气促进植物抗病毒能力。
稻条病毒（RSV，Tenuivirus属）被认为是水稻中最具破坏性的植物病毒，因为它可能导致严重的水稻条纹病，甚至导致田间生产的巨大损失，特别是在东亚（1）。禾本科的其他植物（2），甚至其他物种，如拟南芥，也被观察到感染RSV（3）。这种病毒在植物之间的传播主要是由小型棕色飞虱（SBPH，Laodelphax striatellus Fallen）以循环繁殖的方式介导的（4）。RSV感染的植物通常表现出交替的黄色和氯状条纹，卷曲和下垂的叶子，过早枯萎和其他不良表型（5，6）。据报道，宿主免疫应答出现在症状发展的早期阶段，其中防御反应相关过程被激活（7）。
在植物中，水杨酸（SA）调节局部和全身获得性抗病性（8）。在病原体感染期间，大部分游离SA转化为SA-2-O-β-d-葡萄糖苷（SAG），然后转运到液泡进行降解（9）。当用RSV攻击时，发现水稻STV11的抗性等位基因编码磺基转移酶以催化SA转化为磺化SA（1）。此外，超敏诱导的反应基因家族通过SA依赖性途径有助于植物对RSV的基础抗性（10）。
氢气（H2）被称为自然界中所有气体中结构最简单的一种。许多微藻和蓝藻可以表达氢化酶，将质子还原为气态H2 (11）. 由于H2的抗氧化特性在动物中由大泽等人观察到（12），H2逐渐被视为一种治疗性医用气体（13）。在植物中，H2已发现在响应各种非生物胁迫（14）方面作为有益的气体递质之一，包括苜蓿（15）和黄瓜（16）中的镉暴露以及拟南芥（17）中的盐度。
据报道，缺氧是增强 H 2的驱动因素绿色微藻的生产（18）。此外，H2 的几种潜在刺激来源，包括脱落酸 （ABA）、茉莉酸 （JA）、盐度和干旱胁迫生产已被描述（19）。进一步的结果发现，ABA引发快速和持续的H2在拟南芥中产生，导致气孔径减小并增强耐旱性（20）。H2控制水稻铝耐受性与赤霉素酸（GA）/ABA平衡的重建和miRNA调节的基因表达密切相关（21）。外源性 H2还与侧根形成（22）和不定生根（23）密切相关。然而，内源性H2的作用在植物中对病原体感染的反应尚未阐明。
在这项研究中，我们旨在调查H2是否可能是强烈的超敏 RSV 抵抗反应所需的关键因素。由于H2在植物中仍不清楚（24），大多数实验探索H2植物的功能基于药理学方法（富氢水或固态储氢材料）（25）。然而，外源性应用H2可能无法完全模拟内源性 H2在植物生理学中发挥作用。来自莱茵衣藻的氢化酶1基因（CrHYD1）过度表达的转基因拟南芥植物（26）也被用来提供遗传证据来探索内源性H2的功能。基于上述原因，采用药理学、分子生物学和遗传学方法并结合，揭示了H2-调节水稻对呼吸道合胞病毒的抗性。这项研究可能会为H2提高植物抗病能力的应用打开一个新的窗口。
