記者從中國科學院獲悉，近日，我國科學家在植物免疫研究領域取得歷史性的重大突破。研究首次發(fā)現(xiàn)植物細胞內(nèi)存在一種“自殺神器”。它就是植物免疫關鍵因子——抗病蛋白組成的形似“風火輪”的抗病小體。研究成功解析了抗病小體的電鏡結(jié)構，從分子層面上揭示了抗病蛋白管控和激活的核心機制。

這一發(fā)現(xiàn)，為更好地利用抗病蛋白提供了新的可能。“利用抗病蛋白，發(fā)展新的病蟲害防控手段，將大大減少化學農(nóng)藥的施用。”中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員李家洋院士說，抗病蛋白高分辨度結(jié)構和作用機制的解析，將為設計抗廣譜、持久的新型抗病蛋白，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)奠定了核心理論基礎。

該研究由中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所周儉民團隊和清華大學柴繼杰團隊、王宏偉團隊聯(lián)合完成。相關成果以兩篇長文形式，于2019年4月5日發(fā)表在國際權威學術期刊《科學》上。

像動物一樣，植物在生長過程中也會不斷受到病毒、細菌、真菌、昆蟲的侵襲。周儉民告訴記者，經(jīng)過漫長的進化，植物逐漸發(fā)展出一套復雜、精細的免疫系統(tǒng)，能夠?qū)@些入侵奮起反抗。其中的關鍵角色——抗病蛋白，作為監(jiān)控病蟲侵害的哨兵和動員植物防衛(wèi)系統(tǒng)的指揮官，被發(fā)現(xiàn)至今已有二十多年，但人們?nèi)匀徊磺宄鼈兊墓ぷ髟怼?/p>

周儉民團隊在2008年提出了植物抗病的“誘餌模型”假說。此后的持續(xù)研究，又發(fā)現(xiàn)了多個支持“誘餌模型”的分子證據(jù)，以及病原細菌和植物之間令人驚嘆的攻防策略：病原細菌是通過向宿主發(fā)送“致病蛋白”來精準破壞植物的免疫力;而植物則利用特殊的“誘餌蛋白”，感知到致病蛋白的活動并將信息傳遞給植物的抗病蛋白，迅速激活免疫反應，清除細菌。

抗病蛋白被激活后，又是如何工作的呢?柴繼杰團隊十幾年來長期致力于破解抗病蛋白結(jié)構這一世界難題，并在近年在解析與植物抗病蛋白相似的炎癥小體結(jié)構中取得突破。這為解析植物抗病蛋白打下了基礎。這次，三個科學團隊各展所長、通力合作，終于利用先進的冷凍電鏡方法，“看”到了抗病小體漂亮的“風火輪”結(jié)構。

與此同時，植物抗病的神奇過程也獲得全面解析：被激活的抗病蛋白5個一組抱團形成“抗病小體”，作用于細胞膜后，引導受感染細胞“自殺”并與病菌同歸于盡，以保護其他健康細胞不受感染。

研究還發(fā)現(xiàn)，植物抗病小體的組裝方式、結(jié)構與功能，與動物免疫中的炎癥小體驚人地相似，展現(xiàn)了在不同生命形式中，進化對免疫形成的力量。

研究闡明了抗病蛋白由靜息狀態(tài)，經(jīng)過中間狀態(tài)，最終形成抗病小體的生化過程，揭示了抗病小體的工作機制。該項工作填補了人們25年來對植物抗病蛋白認知的空白，為研究其它抗病蛋白提供了范本。

《科學》雜志同期發(fā)表了國際植物抗病研究權威科學家Jeffery Dangl和Jonathan Jones撰寫的專文評述，高度評價這一重大突破性成果：“首個抗病小體的發(fā)現(xiàn)，為植物如何控制細胞死亡和免疫提供了線索”?！吨参飳W報》同時發(fā)表國際著名植物抗病專家李昕等人的專文評述，將該項成果稱作“是植物免疫研究的里程碑事件”。

英國皇家學會會士、歐洲科學院院士Kamoun教授甚至拍了一個短視頻來表達自己的興奮之情。他在視頻中說，“這真是一個令人震驚和漂亮的結(jié)構。更讓人振奮的是，他們提出了一個我們領域從未有過的全新模型，將會給植物免疫領域帶來很多啟示。”

五聚抗病小體結(jié)構，頂部(左)和側(cè)面(右)視圖

關鍵詞： 植物細胞 自殺神器