科學(xué)研究表明，植物細(xì)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(dòng)員植物防衛(wèi)系統(tǒng)的指揮官。然而，抗病蛋白被發(fā)現(xiàn)已有二十多年，人們?nèi)匀徊磺宄鼈兊墓ぷ髟?。近日，?位中國科學(xué)家領(lǐng)銜的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，在國際上率先破解了這一難題，合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)由抗病蛋白組成的抗病小體并解析其電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子機(jī)制，為更好利用抗病蛋白提供了新的可能。相關(guān)成果在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。
　　該項(xiàng)成果的共同通訊作者、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員周儉民介紹，抗病蛋白理論研究的一個(gè)巨大瓶頸在于缺乏蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。自25年前國際上首次鑒定到抗病蛋白以來，多個(gè)國際頂尖實(shí)驗(yàn)室均未能純化出可供結(jié)構(gòu)分析的全長(zhǎng)抗病蛋白質(zhì)。“抗病蛋白的構(gòu)成復(fù)雜、分子量大、且構(gòu)象多變，對(duì)解析其結(jié)構(gòu)帶來了極大困難?！敝軆€民說。
　　據(jù)介紹，近年來，清華大學(xué)柴繼杰團(tuán)隊(duì)在動(dòng)物炎癥小體結(jié)構(gòu)研究中取得了突破?！坝捎谘装Y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(jié)構(gòu)積累了有益經(jīng)驗(yàn)?！弊鳛樵擁?xiàng)成果的另一位通訊作者，柴繼杰教授告訴記者。
　　周儉民團(tuán)隊(duì)和柴繼杰團(tuán)隊(duì)通過合作，在2007-2008年提出了植物與病原細(xì)菌間攻防的“誘餌模型”并提供了初步證據(jù)。隨后，周儉民團(tuán)隊(duì)通過對(duì)病原菌免疫逃逸分子機(jī)制和植物免疫系統(tǒng)關(guān)鍵組分的解析，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)支持“誘餌模型”的分子證據(jù)，并在2012年和2015年的兩項(xiàng)工作中，發(fā)現(xiàn)了病原細(xì)菌和植物之間令人驚嘆的攻防策略，并鑒定到了后期組裝抗病小體所需的完整組份。
　　“病原細(xì)菌的一個(gè)致病蛋白AvrAC精準(zhǔn)破壞植物免疫系統(tǒng)中的關(guān)鍵組分，幫助細(xì)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(dòng)并將信息傳遞給植物抗病蛋白ZAR1，迅速激活免疫反應(yīng)，清除細(xì)菌。”周儉民說。
　　與此同時(shí)，清華大學(xué)王宏偉團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于冷凍電鏡方法學(xué)的研究、提高和改善，對(duì)蛋白質(zhì)的高分辨率冷凍電鏡重構(gòu)一直是該團(tuán)隊(duì)的研究焦點(diǎn)和特長(zhǎng)，這為解析抗病蛋白結(jié)構(gòu)解析提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
　　三個(gè)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年協(xié)作攻關(guān)，成功組裝了包含激活ZAR1的復(fù)合物，即抗病小體。結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，ZAR1被AvrAC激活后，組裝成含三個(gè)亞基共15個(gè)蛋白的環(huán)狀五聚體蛋白機(jī)器，形成抗病小體。通過對(duì)靜息態(tài)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)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(tuán)隊(duì)緊密結(jié)合結(jié)構(gòu)、生化、和功能研究，揭示了抗病小體工作機(jī)制。“比如，抗病小體形成時(shí)彈出一個(gè)死亡開關(guān)，直接在細(xì)胞質(zhì)膜上發(fā)出自殺指令，很可能是激活植物免疫反應(yīng)的關(guān)鍵?！敝軆€民補(bǔ)充道。
　　該項(xiàng)工作填補(bǔ)了人們25年來對(duì)抗病蛋白認(rèn)知的巨大空白，為研究其它抗病蛋白提供了范本。“各種農(nóng)作物病蟲害，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。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(xué)農(nóng)藥的施用?？共〉鞍赘叻直娑冉Y(jié)構(gòu)和作用機(jī)制的解析，將為設(shè)計(jì)抗廣譜、持久的新型抗病蛋白，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)奠定重要理論基礎(chǔ)?！敝軆€民告訴記者。