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”。中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队与清华大学柴继杰团队、王宏伟团队通过联合研究，发现了由抗病蛋白组成的抗病小体并成功解析其电镜结构，从而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。相关成果以两篇长文于北京时间今天凌晨在国际权威学术期刊《科学》上发表。这是中国科学家在植物免疫研究领域取得历史性重大突破。这也意味着我们未来有望吃上更多不打农药也没有病虫害的水果和蔬菜。
周俭民团队在2012年和2015年的两项研究中，发现了病原细菌和植物之间令人惊叹的攻防策略。病原细菌的一种致病蛋白精准破坏植物免疫系统中的关键组分，帮助细菌侵染植物；而植物则利用特殊的“诱饵”蛋白，感知该致病蛋白的活动并将信息传递给一种植物抗病蛋白，迅速激活植物的免疫反应，清除细菌。柴继杰团队2004年以来一直主攻抗病蛋白的结构解析，王宏伟团队的研究焦点和特长是对蛋白质的高分辨率冷冻电镜重构。加上周俭民团队的深入研究。这为解析抗病蛋白结构解析提供了强有力的技术支撑。三个团队经过多年协作攻关，成功地组装了包含激活这种植物抗病蛋白的复合物。进一步研究发现，这种抗病蛋白被致病蛋白激活后，组装成含三个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器，形成抗病小体。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。
“该项研究填补了人们25年来对抗病蛋白认知的空白，为研究其他抗病蛋白提供了范本。”周俭民告诉记者，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。而抗病蛋白发现病菌后，可以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。他说，未来这项技术既可以应用于农作物的“育种”阶段，培育出可以抗病害的农作物，也可以用于制作“干扰剂”，在农作物生长过程中使用，增强对病害的抵御能力，“目前研究看，这项技术应用到茄子、辣椒、西红柿以及油菜等果蔬相对简单，并且容易操作，相对比较容易在短期内就造福我们的生活。”