遇到危險(xiǎn)，很多人的*反應(yīng)是邁開雙腿，“逃”?？芍参餂]有“腳”怎么辦，只能乖乖“束手就擒”嗎？

　　其實(shí)，在漫長的進(jìn)化過程中，它們修煉出了完備的防御系統(tǒng)，能夠?qū)ν獠咳肭謯^起反抗——我國科學(xué)家的*新研究成果揭開了這一困擾學(xué)界的重要謎題，取得植物免疫研究領(lǐng)域的重大突破

　　與人和動(dòng)物類似，植物在成長的過程中會(huì)不斷受到來自病毒、細(xì)菌、真菌、昆蟲等的侵襲。它們雖然不能像人和動(dòng)物那樣移動(dòng)躲避，但也不是逆來順受，任“菌”宰割?？雌饋頍o計(jì)可施的植物，其實(shí)比我們想象中“聰明”許多——在漫長的進(jìn)化過程中，它們修煉出了完備的防御系統(tǒng)，能夠?qū)@些入侵奮起反抗。

　　這些植物究竟是如何動(dòng)用防御系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)絕地反擊的？前不久，清華大學(xué)教授柴繼杰團(tuán)隊(duì)、王宏偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所研究員周儉民團(tuán)隊(duì)，在*學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表相關(guān)成果，揭開了這一困擾學(xué)界長達(dá)數(shù)十年之久的重要謎題。

　　舉足輕重的抗病蛋白

　　農(nóng)作物增產(chǎn)主要有兩種途徑，一是培育優(yōu)良作物品種改善土地生產(chǎn)能力，二是防治病蟲害提高作物單產(chǎn)。雙管齊下，農(nóng)作物產(chǎn)量可迅猛提升，但也會(huì)遭遇“成長的煩惱”。

　　“中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，也是農(nóng)業(yè)病蟲害*為嚴(yán)重的國家之一。”根據(jù)周儉民提供的數(shù)據(jù)，我國每年因病蟲害損失的糧食相當(dāng)于2億至3億人一年的口糧。為減少病害，部分地區(qū)長期、大量施用農(nóng)藥，耕地面積僅占全球8%的中國，農(nóng)藥施用量占到全球的三分之一。

　　當(dāng)化學(xué)農(nóng)藥污染形勢日益嚴(yán)峻，越來越多的科學(xué)家將研究目光對準(zhǔn)生物育種，但煩惱也相伴而至。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院院長王源超坦言，中國的育種學(xué)家“一直在拼命地育種，但新品種用個(gè)三五年，抗性就消失了，似乎總也追不上病原菌的變異速度”。

　　困境如何破解？周儉民認(rèn)為，減少農(nóng)藥使用，提高植物自身的免疫力可能才是*關(guān)鍵的那把“鑰匙”。而這一定程度上又依賴于另一個(gè)“主角”——抗病蛋白。

　　與人類一樣，植物也具有復(fù)雜、精細(xì)調(diào)控的免疫系統(tǒng)，用于識(shí)別病原微生物、激活防衛(wèi)反應(yīng)，從而保護(hù)自己免受侵害。在它們啟動(dòng)免疫系統(tǒng)御敵的過程中，植物細(xì)胞內(nèi)數(shù)目眾多的抗病蛋白，發(fā)揮著舉足輕重的作用：它們既是監(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，這一掌握著植物生殺大權(quán)的抗病蛋白到底是如何發(fā)揮作用的？多年來，始終無人弄清其中的工作原理。“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)。”周儉民說，抗病蛋白的構(gòu)成復(fù)雜、分子量大且構(gòu)象多變，對解析其結(jié)構(gòu)帶來了極大困難。自從25年前國際上*鑒定到抗病蛋白以來，多個(gè)國際*實(shí)驗(yàn)室均未能破解完整的抗病蛋白結(jié)構(gòu)。

　　既然如此，為何還要“明知山有虎偏向虎山行”？在周儉民看來，抗病蛋白的活性該如何管控？抗病蛋白是不是能夠形成一個(gè)強(qiáng)大的防御機(jī)器？這個(gè)機(jī)器是如何發(fā)揮功能的？這些答案都能從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中找到線索。而抗病蛋白機(jī)理的研究將為防控重大病蟲害提供新思路。

　　令人驚嘆的攻防策略

　　向著科學(xué)的高峰努力攀登，周儉民與柴繼杰團(tuán)隊(duì)合作，在2007年至2008年提出了植物與病原細(xì)菌間攻防的“誘餌模型”假設(shè)，并提供了初步證據(jù)。

　　原來，病原細(xì)菌可以通過植物葉片表面的氣孔進(jìn)入葉片內(nèi)部，在植物細(xì)胞間隙中奪取營養(yǎng)并增殖。當(dāng)然，植物并不會(huì)坐以待斃。“植物細(xì)胞表面有許多被稱為受體的蛋白，它們是植物的*道防線，能識(shí)別病原菌的分子，從而調(diào)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的防御系統(tǒng)來抵抗細(xì)菌。而狡猾的細(xì)菌會(huì)向植物細(xì)胞內(nèi)分泌毒性蛋白，利用特殊化學(xué)反應(yīng)*破壞植物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵蛋白。”清華大學(xué)和中國科學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，植物在長期斗爭中變得更加高明，進(jìn)化出由抗病蛋白和“誘餌”蛋白組成的第二道防線，欺騙細(xì)菌的毒性蛋白，當(dāng)毒性蛋白破壞“誘餌”蛋白時(shí)，會(huì)迅速激活抗病蛋白。

　　“我們認(rèn)為，植物的抗病蛋白就像一個(gè)老鼠夾子，‘誘餌’蛋白就像夾子上的奶酪。當(dāng)‘老鼠’聞著奶酪味過來時(shí)，夾子就會(huì)一下子把它抓住。”周儉民說。不過，因?yàn)檫@一假設(shè)與當(dāng)時(shí)的主流看法相去甚遠(yuǎn)，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，“誘餌模型”遲遲沒有被認(rèn)可。

　　咬定青山不放松，在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持下，周儉民團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)支持“誘餌模型”的分子證據(jù)，進(jìn)一步明晰了病原細(xì)菌和植物之間令人驚嘆的攻防策略：病原細(xì)菌的一個(gè)致病蛋白AvrAC*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。

　　與此同時(shí)，柴繼杰團(tuán)隊(duì)持續(xù)推進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究。不久，長期致力于冷凍電鏡方法學(xué)研究的王宏偉團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)邀加入，提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

　　多年協(xié)作攻關(guān)，我國科學(xué)家成功解析了植物抗病蛋白的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了抗病小體，并從分子層面上揭示了抗病蛋白御敵殺敵的經(jīng)過：受到毒性蛋白破壞的“誘餌”蛋白會(huì)引起抗病蛋白發(fā)生一系列構(gòu)象改變，并聚合形成一個(gè)叫抗病小體的蛋白機(jī)器，這一蛋白機(jī)器具備重新調(diào)動(dòng)防御系統(tǒng)的能力，并在植物細(xì)胞膜上發(fā)出自殺指令，讓受到感染的植物細(xì)胞與細(xì)菌同歸于盡，從而保護(hù)其他健康細(xì)胞。也就是說，抗病小體很可能是植物細(xì)胞死亡和免疫的執(zhí)行者。

　　“該項(xiàng)工作填補(bǔ)了人們25年來對抗病蛋白認(rèn)知的巨大空白。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相似，這展現(xiàn)了在不同生命形式中，進(jìn)化對免疫形成的力量。”周儉民說。

　　新的病蟲害防控手段

　　“*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。”在《科學(xué)》雜志同期專文評述中，國際植物抗病研究權(quán)威科學(xué)家杰弗里·丹格和喬納森·瓊斯對這一重大突破性成果給予高度評價(jià)。

　　“大家一直認(rèn)為抗病小體應(yīng)該存在，但沒人發(fā)現(xiàn)過，更不知道它的廬山真面目。這真是一個(gè)令人震驚和漂亮的結(jié)構(gòu)?？吹剿?，讓我非常興奮。”英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)士、歐洲科學(xué)院院士索菲安·卡蒙認(rèn)為，中國學(xué)者提出的“誘餌模型”非常新穎，將為植物免疫領(lǐng)域帶來很多啟示。

　　科學(xué)研究是為了更好地服務(wù)人類。如今，各種農(nóng)作物病蟲害嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為減少損失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不得不大量施用化學(xué)農(nóng)藥，而這又對環(huán)境、人類健康以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。如何在保護(hù)作物的同時(shí)減少化學(xué)農(nóng)藥的施用，成為擺在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和科學(xué)家面前的一道難題。

　　“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)持久的新型抗病蛋白，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)奠定核心理論基礎(chǔ)。”周儉民表示。

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