中国科学家发现植物细胞“自杀神器”

记者从中国科学院获悉，最近，中国科学家在植物免疫研究领域取得了历史性突破。这项研究首次发现植物细胞中存在“自杀假象”。它是由抗病蛋白组成的“热轮”形抗病体，抗病蛋白是植物免疫的关键因素。该研究成功地分析了抗病体的电镜结构，揭示了抗病蛋白在分子水平上控制和激活的核心机制。

五聚体抗病小体的结构，上(左)和侧(右)视图

这一发现为更好地利用抗病蛋白提供了新的可能性。“抗病蛋白的使用和新害虫控制方法的开发将大大减少化学杀虫剂的使用。”中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员李嘉阳院士表示，抗病蛋白高分辨率结构和作用机制的分析，将为设计广谱、持久的新型抗病蛋白和发展绿色农业奠定核心理论基础。

这项研究由的团队、清华大学柴的团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所王宏伟的团队共同完成。相关结果发表在2019年4月5日国际权威学术期刊《科学》的两篇长文中。

像动物一样，植物在生长过程中不断受到病毒、细菌、真菌和昆虫的攻击。周建民告诉记者，经过长时间的进化，植物已经逐渐发展出能够抵抗这些入侵的复杂而精密的免疫系统。其中一个关键角色，抗病蛋白，已经被发现超过20年，作为一个监控害虫和疾病的哨兵和一个动员植物防御系统的指挥官，但是人们仍然不知道它们是如何工作的。

周建民的团队在2008年提出了植物抗病的“诱饵模型”假说。从那以后，不断的研究发现了许多支持“诱饵模型”和病原菌与植物之间惊人的攻防策略的分子证据:病原菌通过向宿主发送“致病蛋白”来精确地破坏植物的免疫力；另一方面，植物使用特殊的“诱饵蛋白”来感知致病蛋白的活性，并将信息传递给植物的抗病蛋白，从而快速激活免疫反应并消灭细菌。

当被激活时，抗病蛋白是如何工作的？柴团队致力于解决世界抗病蛋白结构问题已有十余年，近年来在分析类似植物抗病蛋白的炎症小体结构方面取得突破。这为植物抗病蛋白的分析奠定了基础。这一次，三个科学团队发展了各自的优势并相互合作。最后，他们用先进的冷冻电子显微镜“看到”了抗病小体美丽的“热轮”结构。

同时，对植物抗病的神奇过程也进行了充分的分析:活化的抗病蛋白形成5个一组的“抗病小体”，它们作用于细胞膜，引导受感染细胞“自杀”，并与病原体一起死亡，以保护其他健康细胞免受感染。

研究还发现，植物抗病体的组装方式、结构和功能与动物免疫中的炎症体惊人地相似，显示了进化在不同生命形式中对免疫形成的作用。

本研究阐明了抗病蛋白从静止状态到中间状态形成抗病小体的生化过程，揭示了抗病小体的工作机制。这项工作填补了过去25年来人们对植物抗病蛋白认识的空白，为研究其他抗病蛋白提供了一个模型。

与此同时，《科学》杂志发表了对杰弗瑞·丹格(Jeffery Dangl)和乔纳森·琼斯(Jonathan Jones)撰写的一篇专题文章的评论，对这一重大突破给予了高度评价:“第一个抗病体的发现为植物如何控制细胞死亡和免疫提供了线索”。同时，《植物学报》发表了国际著名植物抗病专家李鑫等的专题综述，称该成果为“植物免疫研究的里程碑事件”。

皇家学会成员、欧洲科学院成员卡蒙教授甚至拍了一个短片来表达他的兴奋。他在视频中说，“这真是一个令人震惊的美丽建筑。更令人兴奋的是，他们提出了一个在我们领域从未见过的全新模式，这将给植物免疫领域带来很多启示。”