钙离子(Ca²⁺)作为第二信使在植物生命活动中扮演着重要角色，其在植物免疫中的确切作用一直是科学界的焦点。近日，南京农业大学常明课题组和河南农业大学王燃课题组合作在New Crops在线发表综述论文“Lighting-up Wars: Stories of Ca²⁺ Signaling in Plant Immunity”。文章系统总结了Ca²⁺通道及Ca²⁺传感器在植物免疫信号转导中的重要作用，并重点讨论了Ca²⁺通道的活性调控机制以及Ca²⁺信号引发超敏反应细胞死亡的可能机制。

植物先天免疫系统具有两种主要的免疫机制：模式诱导免疫（pattern-triggered immunity，PTI）和效应子诱导免疫（effector-triggered immunity，ETI）。PTI和ETI展现出部分重叠的免疫反应，比如细胞内Ca²⁺内流、活性氧爆发、丝裂原活化蛋白激酶激活、转录重编程和植物防御相关激素的产生。有研究表明二者可以形成相互增强的免疫反应回路。

Ca²⁺信号在植物免疫中发挥着关键作用。这个过程主要涉及细胞内Ca²⁺浓度的变化和Ca²⁺与Ca²⁺传感器的结合，然后传递信号到下游反应。在植物免疫反应中，细胞质膜上的Ca²⁺通道和细胞内的Ca²⁺传感器密切配合，共同形成了一个复杂的调控网络。细胞质膜上的Ca²⁺通道在植物免疫起始过程中起着关键作用。当植物受到病原菌攻击时，这些Ca²⁺通道迅速响应，导致细胞内Ca²⁺浓度的变化。具体来说，PTI反应可以引起细胞质Ca²⁺浓度迅速而短暂的增加，而ETI反应则强烈并持续的提高了细胞质Ca²⁺浓度。细胞内众多的Ca²⁺传感器可以结合Ca²⁺并将信号传递给下游分子，从而调节植物免疫反应。

综述全面概述了Ca²⁺信号在植物免疫中的重要作用，并深入探讨了一些尚待回答的重要科学问题，以启发未来的相关研究，进一步探索Ca²⁺信号在植物免疫中未被发现的分子机制。

图1. PTI反应中的Ca²⁺内流

图2. ETI反应中的Ca²⁺内流

图3. 自免疫反应中的Ca²⁺内流

图4. 拟南芥CPK4/5/6/11在植物免疫反应中的功能

图5. 拟南芥CPK28在植物免疫反应中的功能

南京农业大学硕士研究生章子璐、博士研究生王琪、硕士研究生鄢海桥，以及江苏省农业科学院助理研究员仓晓燕为论文共同第一作者。论文写作过程中得到陕西师范大学张美祥教授的帮助。南京农业大学常明教授与河南农业大学王燃教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、南京农业大学高层次人才启动经费、河南农业大学拔尖人才计划的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949952624000177