近日,我国科学家研究出的一项重要成果有望解决这一难题。清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学王宏伟团队通过联合研究,在植物中发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其冷冻电镜结构,揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。该成果的研究和应用有望充分调动植物自身抵御病虫害的能力,对于培育抗病虫农作物、大幅减少农药使用量具有重要的现实意义。

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三个团队经过多年协作攻关,成功组装了包含激活ZAR1的复合物,即抗病小体。结构研究发现,ZAR1被AvrAC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。通过对静息态复合物的结构和功能解析,阐明了抗病蛋白由静息状态,经过中间状态,最终形成抗病小体的生化过程。合作团队紧密结合结构、生化、和功能研究,揭示了抗病小体工作机制。“比如,抗病小体形成时弹出一个死亡开关,直接在细胞质膜上发出自杀指令,很可能是激活植物免疫反应的关键。”周俭民补充道。

【402com永利】我国科学家首次发现植物抗病小体。中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学柴继杰团队、王宏伟团队通过最新的联合研究,发现由抗病蛋白组成的抗病小体并通过解析其电镜结构,成功揭示出抗病蛋白管控和激活的核心分子机制,从而为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。中国科学家在植物免疫研究领域取得这一历史性重大突破的相关成果,北京时间4月5日凌晨获国际权威学术期刊《科学》以两篇长文(Research
Article)形式发表。

周俭民说,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。“目前研究看,这项技术应用到茄子、辣椒、西红柿以及油菜等果蔬相对简单,并且容易操作,相对比较容易在短期内就造福我们的生活。”

周俭民也提到,“免疫反应过度表达也会给植物带来危害。那么,这个度在哪里?我们如何能够精准地控制这个‘开关’?这些都还需要下一步的深入研究。”周俭民表示,研究团队将沿着这个方向继续努力。

该项工作填补了人们25年来对抗病蛋白认知的巨大空白,为研究其它抗病蛋白提供了范本。“各种农作物病虫害,严重威胁农业生产。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。抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析,将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白,发展绿色农业奠定重要理论基础。”周俭民告诉记者。

周俭民团队和柴继杰团队通过合作,早在2007-2008年就提出植物与病原细菌间攻防的“诱饵模型”并提供了初步证据。周俭民团队通过对病原菌免疫逃逸分子机制和植物免疫系统关键组分的解析,发现多个支持“诱饵模型”的分子证据,并在2012年和2015年的两项工作中,发现病原细菌和植物之间令人惊叹的“攻防策略”:病原细菌的一个致病蛋白AvrAC精准破坏植物免疫系统中的关键组分,帮助细菌侵染植物寄主,而植物则利用特殊的“诱饵”蛋白,感知AvrAC的活动并将信息传递给植物抗病蛋白ZAR1,迅速激活免疫反应,清除细菌。这两个团队通过多年合作及长期积累形成的理论和实验体系,为后期进一步合作奠定坚实基础。王宏伟团队长期致力于冷冻电镜方法学的研究、提高和改善,对蛋白质的高分辨率冷冻电镜重构一直是该团队的研究焦点和特长,这为解析抗病蛋白结构解析提供了强有力的技术支撑。

柴继杰表示:“植物一般无法移动,遭遇病虫害时不能像动物那样逃离。尽管体内抗病蛋白数量众多,但总有防不胜防的疾病来袭,而抗病小体可以组合作战,使其应对陌生病毒的本领增强了。”而搞清楚抗病小体的工作机制,对未来进一步展开抗病蛋白的研究是至关重要的一步。

402com永利,抗病小体能对植物防御系统发出强大的动员命令,并在植物细胞膜上发出自杀指令,让受到感染的少数植物细胞和入侵的病原菌同归于尽,从而阻止病原菌扩散,保护其他健康细胞。令人惊叹的是,抗病小体与人类免疫中的炎症小体的形成机制和作用极为相似,因此对研究动物天然免疫也有借鉴意义。

“病原细菌的一个致病蛋白AvrAC精准破坏植物免疫系统中的关键组分,帮助细菌侵染植物寄主;而植物则利用特殊的“诱饵”蛋白,感知AvrAC的活动并将信息传递给植物抗病蛋白ZAR1,迅速激活免疫反应,清除细菌。”周俭民说。

在这项重大成果发表前夕,中科院、清华大学分别举行新闻发布会介绍说,植物具有复杂、精细调控的免疫系统,用于识别病原微生物、激活防卫反应,从而保护自身免受侵害。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”。不过,抗病蛋白被发现至今已有二十多年,但人们仍然不清楚它们的工作原理。抗病蛋白理论研究的一个巨大瓶颈在于缺乏蛋白质结构,这正是柴继杰团队2004年以来的主攻方向。抗病蛋白的构成复杂、分子量大且构象多变,对解析其结构带来极大困难。自从25年前国际上首次鉴定抗病蛋白以来,多个国际顶尖实验室均未能纯化出可供结构分析的全长抗病蛋白质。柴继杰团队近年在动物炎症小体结构研究中取得突破,由于炎症小体的蛋白质与植物抗病蛋白具有诸多相似性,这些研究为解析植物抗病蛋白结构积累了宝贵经验。

“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。”周俭民表示,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。

周俭民说,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。“目前研究看,这项技术应用到茄子、辣椒、西红柿以及油菜等果蔬相对简单,并且容易操作,相对比较容易在短期内就造福我们的生活。”

科学研究表明,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。然而,抗病蛋白被发现已有二十多年,人们仍然不清楚它们的工作原理。近日,由3位中国科学家领衔的联合研究团队,在国际上率先破解了这一难题,合作团队发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其电镜结构,揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制,为更好利用抗病蛋白提供了新的可能。相关成果在国际学术期刊《自然》上发表。

业内专家指,各种农作物病虫害严重威胁农业生产,为减少损失,农业生产中不得不大量施用化学农药,但此举对环境、人类健康和农业可持续发展带来挑战,解决在保护作物同时减少化学农药施用这一难题的关键,就在于植物细胞内数目众多的抗病蛋白。中国科学家最新发现抗病小体及完成抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析,将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白等新的病虫害防控手段,发展绿色农业奠定核心理论基础。

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。

“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。”周俭民表示,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。

据介绍,近年来,清华大学柴继杰团队在动物炎症小体结构研究中取得了突破。“由于炎症小体的蛋白质与植物抗病蛋白具有诸多相似性,这些研究为解析植物抗病蛋白结构积累了有益经验。”作为该项成果的另一位通讯作者,柴继杰教授告诉记者。

在之前研究基础上,3个中国科学家团队开展进一步合作,以AvrAC与ZAR1为体系研究植物抗病蛋白结构。经过多年协作攻关,成功组装了包含激活ZAR1的复合物。结构研究发现,ZAR1被AvrAC激活后,组装成含3个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器,形成抗病小体。通过对静息态复合物的结构和功能解析,阐明了抗病蛋白由静息状态,经过中间状态,最终形成抗病小体的生化过程。合作团队紧密结合结构、生化和功能研究,揭示出抗病小体工作机制。比如,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。合作团队研究还发现,植物抗病小体的组装方式、结构与功能,与动物免疫中的炎症小体惊人的相似,展现了在不同生命形式中,进化对免疫形成的力量。

抗病小体能对植物防御系统发出强大的动员命令,并在植物细胞膜上发出自杀指令,让受到感染的少数植物细胞和入侵的病原菌同归于尽,从而阻止病原菌扩散,保护其他健康细胞。令人惊叹的是,抗病小体与人类免疫中的炎症小体的形成机制和作用极为相似,因此对研究动物天然免疫也有借鉴意义。

柴继杰表示:“植物一般无法移动,遭遇病虫害时不能像动物那样逃离。尽管体内抗病蛋白数量众多,但总有防不胜防的疾病来袭,而抗病小体可以组合作战,使其应对陌生病毒的本领增强了。”而搞清楚抗病小体的工作机制,对未来进一步展开抗病蛋白的研究是至关重要的一步。

该项成果的共同通讯作者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员周俭民介绍,抗病蛋白理论研究的一个巨大瓶颈在于缺乏蛋白质结构。自25年前国际上首次鉴定到抗病蛋白以来,多个国际顶尖实验室均未能纯化出可供结构分析的全长抗病蛋白质。“抗病蛋白的构成复杂、分子量大、且构象多变,对解析其结构带来了极大困难。”周俭民说。

《科学》杂志同期还发表国际植物抗病研究权威科学家杰弗里﹒丹格(Jeffery
Dangl)和琼纳森﹒琼斯(Jonathan
Jones)联合撰写的专文评述,高度评价这项重大突破性成果称,“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”。同时,《植物学报》也发表国际著名植物抗病专家李昕等人题为“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”。

和人体内有免疫系统一样,科学家发现,植物在漫长的进化过程中也“修炼”出了完备的免疫防御系统,可以对病原微生物的入侵奋起反抗。植物免疫系统的基础组成就是植物细胞内数目众多的抗病蛋白——它们是监控病虫侵害的“哨兵”,也是动员植物防卫系统的“指挥官”。但抗病蛋白被发现至今已有25年,人们仍然不清楚其工作原理,没能解析抗病蛋白发挥功能的核心机制,成为制约其应用的巨大瓶颈。

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。

周俭民团队和柴继杰团队通过合作,在2007-2008年提出了植物与病原细菌间攻防的“诱饵模型”并提供了初步证据。随后,周俭民团队通过对病原菌免疫逃逸分子机制和植物免疫系统关键组分的解析,发现了多个支持“诱饵模型”的分子证据,并在2012年和2015年的两项工作中,发现了病原细菌和植物之间令人惊叹的攻防策略,并鉴定到了后期组装抗病小体所需的完整组份。

植物细胞内数目众多的抗病蛋白如何监控病虫侵害?又怎样动员植物防卫系统开展疾病免疫?这一植物抗病蛋白被发现20多年来一直困扰学界的难题,最近已由3个中国科学家团队通过合作研究发现抗病小体及相关机制解析予以成功破解,从而填补了人类对抗病蛋白认知的空白,并为研究其他抗病蛋白提供了范本。

周俭民也提到,“免疫反应过度表达也会给植物带来危害。那么,这个度在哪里?我们如何能够精准地控制这个‘开关’?这些都还需要下一步的深入研究。”周俭民表示,研究团队将沿着这个方向继续努力。

近日,我国科学家研究出的一项重要成果有望解决这一难题。清华大学柴继杰团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民团队和清华大学王宏伟团队通过联合研究,在植物中发现由抗病蛋白组成的抗病小体并解析其冷冻电镜结构,揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。该成果的研究和应用有望充分调动植物自身抵御病虫害的能力,对于培育抗病虫农作物、大幅减少农药使用量具有重要的现实意义。

与此同时,清华大学王宏伟团队长期致力于冷冻电镜方法学的研究、提高和改善,对蛋白质的高分辨率冷冻电镜重构一直是该团队的研究焦点和特长,这为解析抗病蛋白结构解析提供了强有力的技术支撑。

柴继杰团队自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3个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器,形成抗病小体。

和人体内有免疫系统一样,科学家发现,植物在漫长的进化过程中也“修炼”出了完备的免疫防御系统,可以对病原微生物的入侵奋起反抗。植物免疫系统的基础组成就是植物细胞内数目众多的抗病蛋白——它们是监控病虫侵害的“哨兵”,也是动员植物防卫系统的“指挥官”。但抗病蛋白被发现至今已有25年,人们仍然不清楚其工作原理,没能解析抗病蛋白发挥功能的核心机制,成为制约其应用的巨大瓶颈。

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为了减少病虫害给作物造成的损失,农业生产中不得不依赖化学农药,但这又对环境、人类健康和农业可持续发展带来了挑战。如何在保护作物的同时,又能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。

相关成果日前以两篇长文在国际权威学术期刊《科学》上发表。这是中国科学家在植物免疫研究领域取得的历史性重大突破,该项科研新成果被国外同行点赞。中国工程院院士、西北农林科技大学教授康振生评价,这是植物免疫研究领域取得的里程碑式成果,或将引领未来植物病理学和免疫学的发展。

相关成果日前以两篇长文在国际权威学术期刊《科学》上发表。这是中国科学家在植物免疫研究领域取得的历史性重大突破,该项科研新成果被国外同行点赞。中国工程院院士、西北农林科技大学教授康振生评价,这是植物免疫研究领域取得的里程碑式成果,或将引领未来植物病理学和免疫学的发展。

柴继杰团队自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3个亚基共15个蛋白的环状五聚体蛋白机器,形成抗病小体。

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