中国科学家“背靠背”在《科学》发表成果，助力农作物病害防控

近年来，病虫害的频繁爆发造成作物减产和品质下降，大量使用化学农药控制农作物病虫害，不仅破坏生态环境，还威胁人们健康。发掘广谱持久抗病基因，揭示植物免疫激活调控广谱抗病的分子机制是农作物抗病育种的重要理论基础。

11月8日，国际权威学术期刊《科学》（Science）以“背靠背”形式在线发布了中国科学院分子植物科学卓越创新中心（下称“中心”）同一单位不同团队的两项重要科研成果。

中心何祖华院士团队、张余研究员团队，复旦大学高明君研究员团队以及浙江大学邓一文教授团队合作完成了题为 “一个经典的蛋白复合体调控免疫稳态与多病原菌抗性”的研究成果。另一篇题为“植物和细菌的免疫信号介导植物细胞内免疫受体的激活”的研究成果来自中心万里研究员团队。

两个研究将如何影响我国未来植物学和农业发展？

这两个成果有何影响？

何祖华及其合作研究团队在前期研究中发现了一个水稻免疫抑制基因ROD1，该基因突变引起活性氧积累，产生免疫自激活表型，显著提高水稻对多个病原菌如稻瘟病、白叶枯病和纹枯病的抗性，论文发表于国际权威学术期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而对ROD1抑制免疫激活的信号网络尚不清楚。

为此，何祖华院士带着团队在上海松江农场和海南陵水南繁基地的田间地头鉴定rod1的感病抑制子，经过大量系统的田间表型筛选，研究团队共获得18个rod1抑制子株系。

复旦大学独立课题组组长，彼时还在何祖华团队攻读博士的高明君就经常和何祖华一起在田间筛选，她回忆道，第一次在海南看到大片水稻田时，只觉得恐怖，这么大面积怎么做？后来他们跟着何老师一遍一遍地把20亩全部筛选完了。

邓一文解释，通过对这18个抑制子株系的系统分析研究，他们首次鉴定了水稻细胞内免疫感受器TIR的分子生化功能，它就像一个警戒的哨兵，当病原菌侵染时，它会产生免疫小分子pRib-AMP。这个小分子能把原来分散的蛋白“零件”OsEDS1、OsPAD4和OsADR1粘合起来形成蛋白复合体“机器”，激发植物的免疫反应，从而抵抗多种病原菌的侵染。

文章第一作者合影从左往右依次是：刘继云、李魁、雷子耀、赵国燕、徐炜莹、武越

无独有偶，万里团队发现植物细胞内免疫感受器的TIR蛋白可生成小分子2’cADPR，这一类小分子作为前体在植物体内可以被转化生成pRib-AMP，从而激活EPA免疫复合体，提高植物抗病性。这一发现为发展绿色农业提供了一种能够激发农作物广谱抗病性的新型“生物农药”，从而有效替代化学农药，减少对生态环境的负面影响。

因此，研究植物免疫受体及其工作机理，最终实现对植物免疫受体的人工定向改造，提高植物的广谱抗病性，从而有效解决植物病害问题。这两项研究成果共同揭示了不同植物中保守的小分子和蛋白复合体介导的免疫激活新机制，为植物病害防控提供了新型“生物农药”靶标，对促进我国农业绿色可持续发展，保护生态环境，保障粮食安全具有重要意义。

多学科交叉融合

从水稻抗病分子遗传学、植物分子免疫学再到结构生物学，两个课题组集合了中心不同代际的多个学科背景的带头人。

“我们跟邓老师、何老师经常沟通课题的研究进展，我们是从不同的角度展开免疫激活机制研究，所以两篇文章唯一重叠的地方就是关于结构生物学的部分，这一部分是由中心张余研究员来指导的。我们两个课题组之间相互沟通，这样就能尽快分别在水稻和模式植物拟南芥中把这条免疫通路解析清楚。”万里研究员告诉第一财经。

中心党委副书记（主持工作）、副主任张余研究员对第一财经表示，结构生物学本身有自己的魅力，在解释一些基础的生命活动现象的时候，当看到它的结构解析出来了，你更能直观地理解它，这也回答了基础科学问题的重要性。

据张余介绍，近几年，该中心引进了5个结构生物学团队，都有不同的研究任务分工。“这几个团队有各自研究的重点领域，除了基础研究层面，我个人认为在未来农业的应用方面也有非常大的潜力，比如育种，我们可以利用结构生物学，对一些影响农作物性状的基因进行精准设计改造。”

谈到AI对结构生物学的影响，张余说，目前AI的发展不仅不会冲击结构生物学，还会有所帮助。“结构生物学的发展，都是随着技术的进步在发展。生命科学、其他学科也是得益于结构生物学技术的进步。比如AlphaFold ，我们现在利用AlphaFold ，电镜能够更快地去解析、预测结构，指导我们生物学实验。