中國科學家“背靠背”在《科學》發表成果，助力農作物病害防控

近年來，病蟲害的頻繁爆發造成作物減產和品質下降，大量使用化學農藥控制農作物病蟲害，不僅破壞生態環境，還威脅人們健康。發掘廣譜持久抗病基因，揭示植物免疫激活調控廣譜抗病的分子機制是農作物抗病育種的重要理論基礎。

11月8日，國際權威學術期刊《科學》（Science）以“背靠背”形式在線發佈了中國科學院分子植物科學卓越創新中心（下稱“中心”）同一單位不同團隊的兩項重要科研成果。

中心何祖華院士團隊、張餘研究員團隊，復旦大學高明君研究員團隊以及浙江大學鄧一文教授團隊合作完成了題爲 “一個經典的蛋白複合體調控免疫穩態與多病原菌抗性”的研究成果。另一篇題爲“植物和細菌的免疫信號介導植物細胞內免疫受體的激活”的研究成果來自中心萬里研究員團隊。

兩個研究將如何影響我國未來植物學和農業發展？

這兩個成果有何影響？

何祖華及其合作研究團隊在前期研究中發現了一個水稻免疫抑制基因ROD1，該基因突變引起活性氧積累，產生免疫自激活表型，顯著提高水稻對多個病原菌如稻瘟病、白葉枯病和紋枯病的抗性，論文發表於國際權威學術期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而對ROD1抑制免疫激活的信號網絡尚不清楚。

爲此，何祖華院士帶着團隊在上海松江農場和海南陵水南繁基地的田間地頭鑑定rod1的感病抑制子，經過大量系統的田間表型篩選，研究團隊共獲得18個rod1抑制子株系。

復旦大學獨立課題組組長，彼時還在何祖華團隊攻讀博士的高明君就經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，只覺得恐怖，這麼大面積怎麼做？後來他們跟着何老師一遍一遍地把20畝全部篩選完了。

鄧一文解釋，通過對這18個抑制子株系的系統分析研究，他們首次鑑定了水稻細胞內免疫感受器TIR的分子生化功能，它就像一個警戒的哨兵，當病原菌侵染時，它會產生免疫小分子pRib-AMP。這個小分子能把原來分散的蛋白“零件”OsEDS1、OsPAD4和OsADR1粘合起來形成蛋白複合體“機器”，激發植物的免疫反應，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：劉繼雲、李魁、雷子耀、趙國燕、徐煒瑩、武越

無獨有偶，萬里團隊發現植物細胞內免疫感受器的TIR蛋白可生成小分子2’cADPR，這一類小分子作爲前體在植物體內可以被轉化生成pRib-AMP，從而激活EPA免疫複合體，提高植物抗病性。這一發現爲發展綠色農業提供了一種能夠激發農作物廣譜抗病性的新型“生物農藥”，從而有效替代化學農藥，減少對生態環境的負面影響。

因此，研究植物免疫受體及其工作機理，最終實現對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題。這兩項研究成果共同揭示了不同植物中保守的小分子和蛋白複合體介導的免疫激活新機制，爲植物病害防控提供了新型“生物農藥”靶標，對促進我國農業綠色可持續發展，保護生態環境，保障糧食安全具有重要意義。

多學科交叉融合

從水稻抗病分子遺傳學、植物分子免疫學再到結構生物學，兩個課題組集合了中心不同代際的多個學科背景的帶頭人。

“我們跟鄧老師、何老師經常溝通課題的研究進展，我們是從不同的角度展開免疫激活機制研究，所以兩篇文章唯一重疊的地方就是關於結構生物學的部分，這一部分是由中心張餘研究員來指導的。我們兩個課題組之間相互溝通，這樣就能儘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。”萬里研究員告訴第一財經。

中心黨委副書記（主持工作）、副主任張餘研究員對第一財經表示，結構生物學本身有自己的魅力，在解釋一些基礎的生命活動現象的時候，當看到它的結構解析出來了，你更能直觀地理解它，這也回答了基礎科學問題的重要性。

據張餘介紹，近幾年，該中心引進了5個結構生物學團隊，都有不同的研究任務分工。“這幾個團隊有各自研究的重點領域，除了基礎研究層面，我個人認爲在未來農業的應用方面也有非常大的潛力，比如育種，我們可以利用結構生物學，對一些影響農作物性狀的基因進行精準設計改造。”

談到AI對結構生物學的影響，張餘說，目前AI的發展不僅不會衝擊結構生物學，還會有所幫助。“結構生物學的發展，都是隨着技術的進步在發展。生命科學、其他學科也是得益於結構生物學技術的進步。比如AlphaFold ，我們現在利用AlphaFold ，電鏡能夠更快地去解析、預測結構，指導我們生物學實驗。