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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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【中國新聞網(wǎng)】中國科學家發(fā)現(xiàn)抗病小體植物免疫研究獲歷史性重大突破

2019-04-08 中國新聞網(wǎng) 孫自法郭超凱

【字體：大中小】

語音播報

　　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、王宏偉團隊通過最新的聯(lián)合研究，發(fā)現(xiàn)由抗病蛋白組成的抗病小體并通過解析其電鏡結構，成功揭示出抗病蛋白管控和激活的核心分子機制，從而為更好利用抗病蛋白提供了新的可能。中國科學家在植物免疫研究領域取得這一歷史性重大突破的相關成果，北京時間4月5日凌晨獲國際權威學術期刊《科學》(Science)以兩篇長文(Research Article)形式發(fā)表。

　　《科學》雜志同期還發(fā)表國際植物抗病研究權威科學家杰弗里﹒丹格(Jeffery Dangl)和瓊納森﹒瓊斯(Jonathan Jones)聯(lián)合撰寫的專文評述，高度評價這項重大突破性成果稱，“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”。同時，《植物學報》也發(fā)表國際著名植物抗病專家李昕等人題為“開啟防御之門：植物抗病小體”的專文評述，認為該項成果“完成了植物NLR蛋白復合物的組裝、結構和功能分析，揭示了NLR作用的關鍵分子機制，是植物免疫研究的里程碑事件”。

　　在這項重大成果發(fā)表前夕，中科院、清華大學分別舉行新聞發(fā)布會介紹說，植物具有復雜、精細調(diào)控的免疫系統(tǒng)，用于識別病原微生物、激活防衛(wèi)反應，從而保護自身免受侵害。植物細胞內(nèi)數(shù)目眾多的抗病蛋白，是監(jiān)控病蟲侵害的“哨兵”，也是動員植物防衛(wèi)系統(tǒng)的“指揮官”。不過，抗病蛋白被發(fā)現(xiàn)至今已有二十多年，但人們?nèi)匀徊磺宄鼈兊墓ぷ髟??？共〉鞍桌碚撗芯康囊粋€巨大瓶頸在于缺乏蛋白質(zhì)結構，這正是柴繼杰團隊2004年以來的主攻方向?？共〉鞍椎臉嫵蓮碗s、分子量大且構象多變，對解析其結構帶來極大困難。自從25年前國際上首次鑒定抗病蛋白以來，多個國際頂尖實驗室均未能純化出可供結構分析的全長抗病蛋白質(zhì)。柴繼杰團隊近年在動物炎癥小體結構研究中取得突破，由于炎癥小體的蛋白質(zhì)與植物抗病蛋白具有諸多相似性，這些研究為解析植物抗病蛋白結構積累了寶貴經(jīng)驗。

　　周儉民團隊和柴繼杰團隊通過合作，早在2007-2008年就提出植物與病原細菌間攻防的“誘餌模型”并提供了初步證據(jù)。周儉民團隊通過對病原菌免疫逃逸分子機制和植物免疫系統(tǒng)關鍵組分的解析，發(fā)現(xiàn)多個支持“誘餌模型”的分子證據(jù)，并在2012年和2015年的兩項工作中，發(fā)現(xiàn)病原細菌和植物之間令人驚嘆的“攻防策略”：病原細菌的一個致病蛋白AvrAC精準破壞植物免疫系統(tǒng)中的關鍵組分，幫助細菌侵染植物寄主，而植物則利用特殊的“誘餌”蛋白，感知AvrAC的活動并將信息傳遞給植物抗病蛋白ZAR1，迅速激活免疫反應，清除細菌。這兩個團隊通過多年合作及長期積累形成的理論和實驗體系，為后期進一步合作奠定堅實基礎。王宏偉團隊長期致力于冷凍電鏡方法學的研究、提高和改善，對蛋白質(zhì)的高分辨率冷凍電鏡重構一直是該團隊的研究焦點和特長，這為解析抗病蛋白結構解析提供了強有力的技術支撐。

　　在之前研究基礎上，3個中國科學家團隊開展進一步合作，以AvrAC與ZAR1為體系研究植物抗病蛋白結構。經(jīng)過多年協(xié)作攻關，成功組裝了包含激活ZAR1的復合物(即抗病小體)。結構研究發(fā)現(xiàn)，ZAR1被AvrAC激活后，組裝成含3個亞基共15個蛋白的環(huán)狀五聚體蛋白機器，形成抗病小體。通過對靜息態(tài)復合物的結構和功能解析，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。合作團隊緊密結合結構、生化和功能研究，揭示出抗病小體工作機制。比如，抗病小體形成后直接在細胞質(zhì)膜上發(fā)出自殺指令，很可能是植物細胞死亡和免疫執(zhí)行者。合作團隊研究還發(fā)現(xiàn)，植物抗病小體的組裝方式、結構與功能，與動物免疫中的炎癥小體驚人的相似，展現(xiàn)了在不同生命形式中，進化對免疫形成的力量。

　　業(yè)內(nèi)專家指，各種農(nóng)作物病蟲害嚴重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為減少損失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不得不大量施用化學農(nóng)藥，但此舉對環(huán)境、人類健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來挑戰(zhàn)，解決在保護作物同時減少化學農(nóng)藥施用這一難題的關鍵，就在于植物細胞內(nèi)數(shù)目眾多的抗病蛋白。中國科學家最新發(fā)現(xiàn)抗病小體及完成抗病蛋白高分辨度結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等新的病蟲害防控手段，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)奠定核心理論基礎。

　　植物細胞內(nèi)數(shù)目眾多的抗病蛋白如何監(jiān)控病蟲侵害？又怎樣動員植物防衛(wèi)系統(tǒng)開展疾病免疫？這一植物抗病蛋白被發(fā)現(xiàn)20多年來一直困擾學界的難題，最近已由3個中國科學家團隊通過合作研究發(fā)現(xiàn)抗病小體及相關機制解析予以成功破解，從而填補了人類對抗病蛋白認知的空白，并為研究其他抗病蛋白提供了范本。
　　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、王宏偉團隊通過最新的聯(lián)合研究，發(fā)現(xiàn)由抗病蛋白組成的抗病小體并通過解析其電鏡結構，成功揭示出抗病蛋白管控和激活的核心分子機制，從而為更好利用抗病蛋白提供了新的可能。中國科學家在植物免疫研究領域取得這一歷史性重大突破的相關成果，北京時間4月5日凌晨獲國際權威學術期刊《科學》(Science)以兩篇長文(Research Article)形式發(fā)表。
　　《科學》雜志同期還發(fā)表國際植物抗病研究權威科學家杰弗里﹒丹格(Jeffery Dangl)和瓊納森﹒瓊斯(Jonathan Jones)聯(lián)合撰寫的專文評述，高度評價這項重大突破性成果稱，“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”。同時，《植物學報》也發(fā)表國際著名植物抗病專家李昕等人題為“開啟防御之門：植物抗病小體”的專文評述，認為該項成果“完成了植物NLR蛋白復合物的組裝、結構和功能分析，揭示了NLR作用的關鍵分子機制，是植物免疫研究的里程碑事件”。
　　在這項重大成果發(fā)表前夕，中科院、清華大學分別舉行新聞發(fā)布會介紹說，植物具有復雜、精細調(diào)控的免疫系統(tǒng)，用于識別病原微生物、激活防衛(wèi)反應，從而保護自身免受侵害。植物細胞內(nèi)數(shù)目眾多的抗病蛋白，是監(jiān)控病蟲侵害的“哨兵”，也是動員植物防衛(wèi)系統(tǒng)的“指揮官”。不過，抗病蛋白被發(fā)現(xiàn)至今已有二十多年，但人們?nèi)匀徊磺宄鼈兊墓ぷ髟?。抗病蛋白理論研究的一個巨大瓶頸在于缺乏蛋白質(zhì)結構，這正是柴繼杰團隊2004年以來的主攻方向?？共〉鞍椎臉嫵蓮碗s、分子量大且構象多變，對解析其結構帶來極大困難。自從25年前國際上首次鑒定抗病蛋白以來，多個國際頂尖實驗室均未能純化出可供結構分析的全長抗病蛋白質(zhì)。柴繼杰團隊近年在動物炎癥小體結構研究中取得突破，由于炎癥小體的蛋白質(zhì)與植物抗病蛋白具有諸多相似性，這些研究為解析植物抗病蛋白結構積累了寶貴經(jīng)驗。
　　周儉民團隊和柴繼杰團隊通過合作，早在2007-2008年就提出植物與病原細菌間攻防的“誘餌模型”并提供了初步證據(jù)。周儉民團隊通過對病原菌免疫逃逸分子機制和植物免疫系統(tǒng)關鍵組分的解析，發(fā)現(xiàn)多個支持“誘餌模型”的分子證據(jù)，并在2012年和2015年的兩項工作中，發(fā)現(xiàn)病原細菌和植物之間令人驚嘆的“攻防策略”：病原細菌的一個致病蛋白AvrAC精準破壞植物免疫系統(tǒng)中的關鍵組分，幫助細菌侵染植物寄主，而植物則利用特殊的“誘餌”蛋白，感知AvrAC的活動并將信息傳遞給植物抗病蛋白ZAR1，迅速激活免疫反應，清除細菌。這兩個團隊通過多年合作及長期積累形成的理論和實驗體系，為后期進一步合作奠定堅實基礎。王宏偉團隊長期致力于冷凍電鏡方法學的研究、提高和改善，對蛋白質(zhì)的高分辨率冷凍電鏡重構一直是該團隊的研究焦點和特長，這為解析抗病蛋白結構解析提供了強有力的技術支撐。
　　在之前研究基礎上，3個中國科學家團隊開展進一步合作，以AvrAC與ZAR1為體系研究植物抗病蛋白結構。經(jīng)過多年協(xié)作攻關，成功組裝了包含激活ZAR1的復合物(即抗病小體)。結構研究發(fā)現(xiàn)，ZAR1被AvrAC激活后，組裝成含3個亞基共15個蛋白的環(huán)狀五聚體蛋白機器，形成抗病小體。通過對靜息態(tài)復合物的結構和功能解析，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。合作團隊緊密結合結構、生化和功能研究，揭示出抗病小體工作機制。比如，抗病小體形成后直接在細胞質(zhì)膜上發(fā)出自殺指令，很可能是植物細胞死亡和免疫執(zhí)行者。合作團隊研究還發(fā)現(xiàn)，植物抗病小體的組裝方式、結構與功能，與動物免疫中的炎癥小體驚人的相似，展現(xiàn)了在不同生命形式中，進化對免疫形成的力量。
　　業(yè)內(nèi)專家指，各種農(nóng)作物病蟲害嚴重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為減少損失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不得不大量施用化學農(nóng)藥，但此舉對環(huán)境、人類健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來挑戰(zhàn)，解決在保護作物同時減少化學農(nóng)藥施用這一難題的關鍵，就在于植物細胞內(nèi)數(shù)目眾多的抗病蛋白。中國科學家最新發(fā)現(xiàn)抗病小體及完成抗病蛋白高分辨度結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等新的病蟲害防控手段，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)奠定核心理論基礎。

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