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中国科学家在植物免疫研究领域获得重大突破,将大幅减少农药施用

原标题:中国科学家在植物免疫研究领域获得重大突破,将大幅减少农药施用

搜狐教育报道 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。在保护作物的同时,减少化学农药的施用,成为摆在农业生产者和科学家面前的一道难题。解决这一问题的关键,就存在于植物细胞中:植物细胞内数目众多的抗病蛋白。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”。抗病蛋白被发现及在植物育种中大量应用已有二十多年,但人们对其发挥作用的分子机制仍不清楚。

4月4日,清华大学植物抗病小体重大成果新闻发布会在清华大学举行,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,此项成果填补了人们25年来对植物抗病蛋白认知的空白,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(Research Article)形式,于2019年4月5日发表在国际权威学术期刊Science《科学》。

植物抗病小体不同视角的结构示意图

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,为研究其它抗病蛋白提供了范本。”周俭民说,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。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。

在Science杂志同期专文评述中,国际植物抗病研究权威科学家美国科学院院士Jeffery Dangl和英国皇家学会会员、美国科学院院士Jonathan Jones对这一重大突破性成果给予高度评价:“首个抗病小体的发现,为植物如何控制细胞死亡和免疫提供了线索,显著的推进了人们对植物免疫机制的认识, 打开了多个开拓性研究方向 。《植物学报》同时发表国际著名植物抗病专家Xin Li(李昕)等人题为“开启防御之门:植物抗病小体”的专文评述,认为该项成果“完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析,揭示了NLR作用的关键分子机制,是植物免疫研究的里程碑事件”。

据了解,清华大学生命科学学院博士后王继纵、王家与中国科学院遗传与发育生物学研究所博士生胡梅娟为第一篇论文的共同第一作者;王继纵、胡梅娟和王家为第二的共同第一作者。柴继杰、周俭民与王宏伟为两篇论文的共同通讯作者。返回搜狐,查看更多

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