植物免疫领域重大突破!柴继杰上海精密/周俭民/王宏伟合作团队首次发现植物抗病小体

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重大突破性研究的科学价值不仅限于成果本身,还包括是否给同行留下了一系列深远的思考:自然界其他类型的植物受体是否也会像ZAR1一样形成抗病小体?特别在植物细胞生理条件下,不同植物受体的组装形式和工作机理是否具有共性特征?以ZAR1为核心的抗病小体

重大突破性研究的科学价值不仅限于成果本身,还包括是否给同行留下了一系列深远的思考:自然界其他类型的植物受体是否也会像ZAR1一样形成抗病小体?特别在植物细胞生理条件下,不同植物受体的组装形式和工作机理是否具有共性特征?以ZAR1为核心的抗病小体形成后是否会在植物膜系统上形成孔洞?是否与动物中功能性小体类似,孔洞会导致哪些内容物外流?又如何进一步调控细胞死亡与免疫?未来还有很多问题值得探究。

柴继杰和周俭民两位老师所领衔的各自团队长期奋战在植物免疫最前沿,各取所长,通力合作,取得了一系列令国际同行瞩目的研究成果。这也给我们青年科研工作者提出了一种值得借鉴的科研范本:如何摆脱思维束缚,超越传统的国内外科研工作模式,通过切实可行的跨领域、跨单位合作,推动重大科学问题的破解,在青年学者群体中实现和谐共赢的科研新局面。

(注:由于撰写评论前与Jonathon Jones教授有过邮件交流,以上个别内容包含了他的学术思考,特此说明。--董莎萌,4月3日于芝加哥大学)

论文解读

植物抗病蛋白作为多结构域的蛋白具有分子量大及构像多变等特点,导致体外的纯化重组及结构研究非常困难。自从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。柴继杰团队自2004年成立以来就开始在数量众多的植物抗病蛋白中进行理想研究对象的繁重筛选工作,在十几年里的研究经历中数十位博士研究生在植物抗病蛋白的大量表达、高质量纯化和体外重组等方面积累了大量的宝贵经验。2013年底,柴继杰团队成功筛选到用于结构生物学研究的理想候选ZAR1,但病原菌蛋白HopZ1a未能成功激活ZAR1抗病蛋白。周俭民团队在2015年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”PBL2和RKS1蛋白,时时乐,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。之后两个团队就ZAR1抗病蛋白的结构生物学研究展开紧密合作,以前在长期合作中形成的理论和实验体系,也为这一课题的顺利合作奠定了基础。王宏伟团队长期致力于冷冻电镜方法学的研究和改善,尤其在使用相位板技术解析小分子量蛋白质的结构方面经验丰富,因此在较短时间内解析具有小分子量抗病蛋白非激活状态的高分辨率结构具有很大可能性。同时,柴继杰团队近年在动物炎症小体结构研究中取得了突破,由于组成炎症小体的蛋白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。

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