我科学家首次发现植物抗病小体 植物将可用“免疫疗法”对抗病虫害
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我科学家首次发现植物抗病小体 植物将可用“免疫疗法”对抗病虫害

来源:光明日报2019-04-08

免疫疗法为人类攻克癌症提出了新思路,但很少有人知道,植物和人类一样,也有免疫系统,也能通过激活免疫系统来抵抗病虫害,而这将极大地减少农药的使用。

4月5日,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等团队联合在《科学》杂志发表一项成果:在植物中发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其冷冻电镜结构,揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。中国工程院院士、西北农林科技大学教授康振生评价,这是植物免疫研究领域取得里程碑式的成果,或将引领未来植物病理学和免疫学的发展。

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。植物免疫系统的基础组成就是植物细胞内数目众多的抗病蛋白——它们是监控病虫侵害的“哨兵”,也是动员植物防卫系统的“指挥官”。但抗病蛋白被发现至今已有25年,人们仍然不清楚其工作原理。周俭民介绍,这是因为纯化完整蛋白难度很大,而科学家们缺乏能“看到”更微观结构的技术手段,无法解析蛋白复合物的完整组分,也就无法完成重构。

在这种情况下,三个身怀绝技的研究团队走到了一起——周俭民团队建立了理论和实验体系,并解析了植物抗病蛋白ZAR1的完整组分;柴继杰团队在动物炎症小体结构研究中积累了丰富经验并长期研究植物抗病蛋白,而王宏伟团队在冷冻电镜技术上有“绝活”。

在之前工作的基础上,三个团队进一步合作,以细菌蛋白AvrAC与植物抗病蛋白ZAR1为体系,成功“组装”了包含激活ZAR1的抗病小体,并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。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地相似,展现了在不同生命形式中,进化对免疫形成的力量。

柴继杰表示:“植物一般无法移动,遭遇病虫害时不能像动物那样逃离。尽管体内抗病蛋白数量众多,但总有防不胜防的疾病来袭,而抗病小体可以组合作战,使其应对陌生病毒的本领增强了。”而搞清楚抗病小体的工作机制,对未来进一步展开抗病蛋白的研究是至关重要的一步。

英国皇家学会会士、塞斯伯里实验室教授索非恩·卡蒙评价:“这真是一个令人震惊和漂亮的结构。看到它,让我非常兴奋。更让人振奋的是,他们提出了一个新的模型,一个我们领域从未有过的全新模型。他们提出了一种自杀开关模型。这个开关激活后,从抗病小体弹出,然后直接与细胞质膜结合,很可能通过在膜上形成穿孔,杀死细胞。这个模型非常、非常新,将会给植物免疫领域带来很多启示。”

科学家们看到了这项成果在农业上的应用前景,特别是在育种和减少农药使用上的巨大潜力。中国科学院院士、河北大学校长康乐说:“为了获得具有某种抗性的植株,我们往往需要‘动员’植物的多种防御基因来抵御病害,但很可能会导致农作物产量的下降。我们现在知道了抗病小体的工作机制,未来或可在育种中进行精准调控。”中国农业科学院植物保护研究所所长周雪平教授表示,希望科学家们在这一项研究成果的基础上继续深耕,未来或将让中国乃至全世界都减少农药的用量。中国科学院院士李家洋介绍,科学家们正在推进把新发现应用在农业生产中,“这一成果是在模式植物拟南芥上获得的,或许我们可以在其他十字花科农作物上先进行实验。在获得进一步认识的基础上,再推广到其他植物上”。

“免疫反应过度表达也会给植物带来危害。那么,这个度在哪里?我们如何能够精准地控制这个开关?这些都还需要下一步的深入研究。”周俭民表示,研究团队将沿着这个方向继续努力。

记者 齐芳 邓晖

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我科学家首次发现植物抗病小体 植物将可用“免疫疗法”对抗病虫害

2019-04-08 06:05:00 来源: 0 条评论

免疫疗法为人类攻克癌症提出了新思路,但很少有人知道,植物和人类一样,也有免疫系统,也能通过激活免疫系统来抵抗病虫害,而这将极大地减少农药的使用。

4月5日,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等团队联合在《科学》杂志发表一项成果:在植物中发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其冷冻电镜结构,揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。中国工程院院士、西北农林科技大学教授康振生评价,这是植物免疫研究领域取得里程碑式的成果,或将引领未来植物病理学和免疫学的发展。

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。植物免疫系统的基础组成就是植物细胞内数目众多的抗病蛋白——它们是监控病虫侵害的“哨兵”,也是动员植物防卫系统的“指挥官”。但抗病蛋白被发现至今已有25年,人们仍然不清楚其工作原理。周俭民介绍,这是因为纯化完整蛋白难度很大,而科学家们缺乏能“看到”更微观结构的技术手段,无法解析蛋白复合物的完整组分,也就无法完成重构。

在这种情况下,三个身怀绝技的研究团队走到了一起——周俭民团队建立了理论和实验体系,并解析了植物抗病蛋白ZAR1的完整组分;柴继杰团队在动物炎症小体结构研究中积累了丰富经验并长期研究植物抗病蛋白,而王宏伟团队在冷冻电镜技术上有“绝活”。

在之前工作的基础上,三个团队进一步合作,以细菌蛋白AvrAC与植物抗病蛋白ZAR1为体系,成功“组装”了包含激活ZAR1的抗病小体,并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。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地相似,展现了在不同生命形式中,进化对免疫形成的力量。

柴继杰表示:“植物一般无法移动,遭遇病虫害时不能像动物那样逃离。尽管体内抗病蛋白数量众多,但总有防不胜防的疾病来袭,而抗病小体可以组合作战,使其应对陌生病毒的本领增强了。”而搞清楚抗病小体的工作机制,对未来进一步展开抗病蛋白的研究是至关重要的一步。

英国皇家学会会士、塞斯伯里实验室教授索非恩·卡蒙评价:“这真是一个令人震惊和漂亮的结构。看到它,让我非常兴奋。更让人振奋的是,他们提出了一个新的模型,一个我们领域从未有过的全新模型。他们提出了一种自杀开关模型。这个开关激活后,从抗病小体弹出,然后直接与细胞质膜结合,很可能通过在膜上形成穿孔,杀死细胞。这个模型非常、非常新,将会给植物免疫领域带来很多启示。”

科学家们看到了这项成果在农业上的应用前景,特别是在育种和减少农药使用上的巨大潜力。中国科学院院士、河北大学校长康乐说:“为了获得具有某种抗性的植株,我们往往需要‘动员’植物的多种防御基因来抵御病害,但很可能会导致农作物产量的下降。我们现在知道了抗病小体的工作机制,未来或可在育种中进行精准调控。”中国农业科学院植物保护研究所所长周雪平教授表示,希望科学家们在这一项研究成果的基础上继续深耕,未来或将让中国乃至全世界都减少农药的用量。中国科学院院士李家洋介绍,科学家们正在推进把新发现应用在农业生产中,“这一成果是在模式植物拟南芥上获得的,或许我们可以在其他十字花科农作物上先进行实验。在获得进一步认识的基础上,再推广到其他植物上”。

“免疫反应过度表达也会给植物带来危害。那么,这个度在哪里?我们如何能够精准地控制这个开关?这些都还需要下一步的深入研究。”周俭民表示,研究团队将沿着这个方向继续努力。

记者 齐芳 邓晖

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