中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞“自殺神器”
摘要:人民網(wǎng)北京4月5日電(趙竹青)記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉,近日,我國(guó)科學(xué)家在植物免疫研究領(lǐng)域取得歷史性的重大突破。研究首次發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞內(nèi)存在一種“自殺神器”。
人民網(wǎng)北京4月5日電(趙竹青)記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉,近日,我國(guó)科學(xué)家在植物免疫研究領(lǐng)域取得歷史性的重大突破。研究首次發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞內(nèi)存在一種“自殺神器”。它就是植物免疫關(guān)鍵因子——抗病蛋白組成的形似“風(fēng)火輪”的抗病小體。研究成功解析了抗病小體的電鏡結(jié)構(gòu),從分子層面上揭示了抗病蛋白管控和激活的核心機(jī)制。
這一發(fā)現(xiàn),為更好地利用抗病蛋白提供了新的可能。“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。”中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李家洋院士說,抗病蛋白高分辨度結(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)奠定了核心理論基礎(chǔ)。
該研究由中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周儉民團(tuán)隊(duì)和清華大學(xué)柴繼杰團(tuán)隊(duì)、王宏偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合完成。相關(guān)成果以兩篇長(zhǎng)文形式,于2019年4月5日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
像動(dòng)物一樣,植物在生長(zhǎng)過程中也會(huì)不斷受到病毒、細(xì)菌、真菌、昆蟲的侵襲。周儉民告訴記者,經(jīng)過漫長(zhǎng)的進(jìn)化,植物逐漸發(fā)展出一套復(fù)雜、精細(xì)的免疫系統(tǒng),能夠?qū)@些入侵奮起反抗。其中的關(guān)鍵角色——抗病蛋白,作為監(jiān)控病蟲侵害的哨兵和動(dòng)員植物防衛(wèi)系統(tǒng)的指揮官,被發(fā)現(xiàn)至今已有二十多年,但人們?nèi)匀徊磺宄鼈兊墓ぷ髟怼?/p>
周儉民團(tuán)隊(duì)在2008年提出了植物抗病的“誘餌模型”假說。此后的持續(xù)研究,又發(fā)現(xiàn)了多個(gè)支持“誘餌模型”的分子證據(jù),以及病原細(xì)菌和植物之間令人驚嘆的攻防策略:病原細(xì)菌是通過向宿主發(fā)送“致病蛋白”來精準(zhǔn)破壞植物的免疫力;而植物則利用特殊的“誘餌蛋白”,感知到致病蛋白的活動(dòng)并將信息傳遞給植物的抗病蛋白,迅速激活免疫反應(yīng),清除細(xì)菌。
抗病蛋白被激活后,又是如何工作的呢?柴繼杰團(tuán)隊(duì)十幾年來長(zhǎng)期致力于破解抗病蛋白結(jié)構(gòu)這一世界難題,并在近年在解析與植物抗病蛋白相似的炎癥小體結(jié)構(gòu)中取得突破。這為解析植物抗病蛋白打下了基礎(chǔ)。這次,三個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)各展所長(zhǎng)、通力合作,終于利用先進(jìn)的冷凍電鏡方法,“看”到了抗病小體漂亮的“風(fēng)火輪”結(jié)構(gòu)。
與此同時(shí),植物抗病的神奇過程也獲得全面解析:被激活的抗病蛋白5個(gè)一組抱團(tuán)形成“抗病小體”,作用于細(xì)胞膜后,引導(dǎo)受感染細(xì)胞“自殺”并與病菌同歸于盡,以保護(hù)其他健康細(xì)胞不受感染。
研究還發(fā)現(xiàn),植物抗病小體的組裝方式、結(jié)構(gòu)與功能,與動(dòng)物免疫中的炎癥小體驚人地相似,展現(xiàn)了在不同生命形式中,進(jìn)化對(duì)免疫形成的力量。
研究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,揭示了抗病小體的工作機(jī)制。該項(xiàng)工作填補(bǔ)了人們25年來對(duì)植物抗病蛋白認(rèn)知的空白,為研究其它抗病蛋白提供了范本。
《科學(xué)》雜志同期發(fā)表了國(guó)際植物抗病研究權(quán)威科學(xué)家Jeffery Dangl和Jonathan Jones撰寫的專文評(píng)述,高度評(píng)價(jià)這一重大突破性成果:“首個(gè)抗病小體的發(fā)現(xiàn),為植物如何控制細(xì)胞死亡和免疫提供了線索”。《植物學(xué)報(bào)》同時(shí)發(fā)表國(guó)際著名植物抗病專家李昕等人的專文評(píng)述,將該項(xiàng)成果稱作“是植物免疫研究的里程碑事件”。
英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)士、歐洲科學(xué)院院士Kamoun教授甚至拍了一個(gè)短視頻來表達(dá)自己的興奮之情。他在視頻中說,“這真是一個(gè)令人震驚和漂亮的結(jié)構(gòu)。更讓人振奮的是,他們提出了一個(gè)我們領(lǐng)域從未有過的全新模型,將會(huì)給植物免疫領(lǐng)域帶來很多啟示。”
五聚抗病小體結(jié)構(gòu),頂部(左)和側(cè)面(右)視圖
責(zé)任編輯:fl
(原標(biāo)題:人民網(wǎng))
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