近年來(lái)，病蟲(chóng)害的頻繁爆發(fā)造成作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降，大量使用化學(xué)農(nóng)藥控制農(nóng)作物病蟲(chóng)害，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，還威脅人們健康。發(fā)掘廣譜持久抗病基因，揭示植物免疫激活調(diào)控廣譜抗病的分子機(jī)制是農(nóng)作物抗病育種的重要理論基礎(chǔ)。

11月8日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）以“背靠背”形式在線發(fā)布了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（下稱“中心”）同一單位不同團(tuán)隊(duì)的兩項(xiàng)重要科研成果。

中心何祖華院士團(tuán)隊(duì)、張余研究員團(tuán)隊(duì)，復(fù)旦大學(xué)高明君研究員團(tuán)隊(duì)以及浙江大學(xué)鄧一文教授團(tuán)隊(duì)合作完成了題為 “一個(gè)經(jīng)典的蛋白復(fù)合體調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)與多病原菌抗性”的研究成果。另一篇題為“植物和細(xì)菌的免疫信號(hào)介導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)免疫受體的激活”的研究成果來(lái)自中心萬(wàn)里研究員團(tuán)隊(duì)。

兩個(gè)研究將如何影響我國(guó)未來(lái)植物學(xué)和農(nóng)業(yè)發(fā)展？

這兩個(gè)成果有何影響？

何祖華及其合作研究團(tuán)隊(duì)在前期研究中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)水稻免疫抑制基因ROD1，該基因突變引起活性氧積累，產(chǎn)生免疫自激活表型，顯著提高水稻對(duì)多個(gè)病原菌如稻瘟病、白葉枯病和紋枯病的抗性，論文發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而對(duì)ROD1抑制免疫激活的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)尚不清楚。

為此，何祖華院士帶著團(tuán)隊(duì)在上海松江農(nóng)場(chǎng)和海南陵水南繁基地的田間地頭鑒定rod1的感病抑制子，經(jīng)過(guò)大量系統(tǒng)的田間表型篩選，研究團(tuán)隊(duì)共獲得18個(gè)rod1抑制子株系。

復(fù)旦大學(xué)獨(dú)立課題組組長(zhǎng)，彼時(shí)還在何祖華團(tuán)隊(duì)攻讀博士的高明君就經(jīng)常和何祖華一起在田間篩選，她回憶道，第一次在海南看到大片水稻田時(shí)，只覺(jué)得恐怖，這么大面積怎么做？后來(lái)他們跟著何老師一遍一遍地把20畝全部篩選完了。

鄧一文解釋?zhuān)ㄟ^(guò)對(duì)這18個(gè)抑制子株系的系統(tǒng)分析研究，他們首次鑒定了水稻細(xì)胞內(nèi)免疫感受器TIR的分子生化功能，它就像一個(gè)警戒的哨兵，當(dāng)病原菌侵染時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生免疫小分子pRib-AMP。這個(gè)小分子能把原來(lái)分散的蛋白“零件”OsEDS1、OsPAD4和OsADR1粘合起來(lái)形成蛋白復(fù)合體“機(jī)器”，激發(fā)植物的免疫反應(yīng)，從而抵抗多種病原菌的侵染。

文章第一作者合影 從左往右依次是：劉繼云、李魁、雷子耀、趙國(guó)燕、徐煒瑩、武越

無(wú)獨(dú)有偶，萬(wàn)里團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞內(nèi)免疫感受器的TIR蛋白可生成小分子2’cADPR，這一類(lèi)小分子作為前體在植物體內(nèi)可以被轉(zhuǎn)化生成pRib-AMP，從而激活EPA免疫復(fù)合體，提高植物抗病性。這一發(fā)現(xiàn)為發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)提供了一種能夠激發(fā)農(nóng)作物廣譜抗病性的新型“生物農(nóng)藥”，從而有效替代化學(xué)農(nóng)藥，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。

因此，研究植物免疫受體及其工作機(jī)理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)植物免疫受體的人工定向改造，提高植物的廣譜抗病性，從而有效解決植物病害問(wèn)題。這兩項(xiàng)研究成果共同揭示了不同植物中保守的小分子和蛋白復(fù)合體介導(dǎo)的免疫激活新機(jī)制，為植物病害防控提供了新型“生物農(nóng)藥”靶標(biāo)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障糧食安全具有重要意義。

多學(xué)科交叉融合

從水稻抗病分子遺傳學(xué)、植物分子免疫學(xué)再到結(jié)構(gòu)生物學(xué)，兩個(gè)課題組集合了中心不同代際的多個(gè)學(xué)科背景的帶頭人。

“我們跟鄧?yán)蠋?、何老師?jīng)常溝通課題的研究進(jìn)展，我們是從不同的角度展開(kāi)免疫激活機(jī)制研究，所以兩篇文章唯一重疊的地方就是關(guān)于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的部分，這一部分是由中心張余研究員來(lái)指導(dǎo)的。我們兩個(gè)課題組之間相互溝通，這樣就能盡快分別在水稻和模式植物擬南芥中把這條免疫通路解析清楚。”萬(wàn)里研究員告訴第一財(cái)經(jīng)。

中心黨委副書(shū)記（主持工作）、副主任張余研究員對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，結(jié)構(gòu)生物學(xué)本身有自己的魅力，在解釋一些基礎(chǔ)的生命活動(dòng)現(xiàn)象的時(shí)候，當(dāng)看到它的結(jié)構(gòu)解析出來(lái)了，你更能直觀地理解它，這也回答了基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的重要性。

據(jù)張余介紹，近幾年，該中心引進(jìn)了5個(gè)結(jié)構(gòu)生物學(xué)團(tuán)隊(duì)，都有不同的研究任務(wù)分工。“這幾個(gè)團(tuán)隊(duì)有各自研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，除了基礎(chǔ)研究層面，我個(gè)人認(rèn)為在未來(lái)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用方面也有非常大的潛力，比如育種，我們可以利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)，對(duì)一些影響農(nóng)作物性狀的基因進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)改造。”

談到AI對(duì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)的影響，張余說(shuō)，目前AI的發(fā)展不僅不會(huì)沖擊結(jié)構(gòu)生物學(xué)，還會(huì)有所幫助。“結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，都是隨著技術(shù)的進(jìn)步在發(fā)展。生命科學(xué)、其他學(xué)科也是得益于結(jié)構(gòu)生物學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。比如AlphaFold ，我們現(xiàn)在利用AlphaFold ，電鏡能夠更快地去解析、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)我們生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。