植物如何免疫 重大发现抗病小体告诉你

中国网/中国发展门户网讯（记者 王振红）“首个抗病小体的发现，为植物如何控制细胞死亡和免疫提供了线索。”这是国际植物抗病研究权威科学家Jeffery Dangl和Jonathan Jones对发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其电镜结构这一重大突破性成果给予的高度评价。这项成果由清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队、和清华大学王宏伟团队最近的联合研究，相关成果以两篇长文形式，于2019年4月5日发表在国际权威学术期刊《科学》（Science）上，揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制，为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。《植物学报》同时发表国际著名植物抗病专家李昕等人题为“开启防御之门：植物抗病小体”的专文评述，认为该项成果“完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析，揭示了NLR作用的关键分子机制，是植物免疫研究的里程碑事件”。

图五聚抗病小体结构。分别显示顶部(左)和侧面(右)视图。

植物具有复杂、精细调控的免疫系统，用于识别病原微生物、激活防卫反应，从而保护自己免受侵害。植物细胞内数目众多的抗病蛋白，是监控病虫侵害的哨兵，也是动员植物防卫系统的指挥官。周俭民表示，抗病蛋白被发现至今已有二十多年，但人们仍然不清楚它们的工作原理。抗病蛋白理论研究的一个巨大瓶颈在于缺乏蛋白质结构。他介绍说，合作团队紧密结合结构、生化、和功能研究，揭示了抗病小体工作机制。比如，抗病小体形成后直接在细胞质膜上发出自杀指令，很可能是植物细胞死亡和免疫执行者。该项工作填补了人们25年来对抗病蛋白认知的巨大空白，为研究其它抗病蛋白提供了范本。研究还发现，植物抗病小体的组装方式、结构与功能，与动物免疫中的炎症小体惊人的相似，展现了在不同生命形式中，进化对免疫形成的力量。

各种农作物病虫害，严重威胁农业生产。为了减少损失，农业生产中不得不大量施用化学农药，但这又对环境、人类健康、和农业可持续发展带来了挑战。在保护作物的同时，减少化学农药的施用，成为摆在农业生产者和科学家面前的一道难题。周俭民解释说，“解决这一问题的关键，就存在于植物细胞中—植物细胞内数目众多的抗病蛋白。这些蛋白发现病菌后，迅速启动植物防卫反应，杀死病菌，从而保护植物免受侵害。利用抗病蛋白，发展新的病虫害防控手段，将大大减少化学农药的施用。抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析，将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白，发展绿色农业奠定了核心理论基础。”

据悉，两篇长文中，清华大学博士后、中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室访问研究人员王继纵、清华大学博士后王家与中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室博士生胡梅娟为其中一篇论文的共同第一作者；王继纵、胡梅娟和王家为另一篇论文的共同第一作者。柴继杰、周俭民与王宏伟为两篇论文的共同通讯作者。该项研究得到了中科院B类先导专项“作物病虫害的导向性防控－生物间信息流与行为操纵”和国家自然基金创新群体“植物响应生物胁迫的机理”项目等的支持。