為了減少病蟲害給作物造成的損失，農業生產中不得不依賴化學農藥，但這又對環境、人類健康和農業可持續發展帶來了挑戰。如何在保護作物的同時，又能減少化學農藥的施用，成為擺在農業生產者和科學家面前的一道難題。

近日，我國科學家研究出的一項重要成果有望解決這一難題。清華大學柴繼杰團隊、中國科學院遺傳與發育生物學研究所周儉民團隊和清華大學王宏偉團隊通過聯合研究，在植物中發現由抗病蛋白組成的抗病小體并解析其冷凍電鏡結構，揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子機制。該成果的研究和應用有望充分調動植物自身抵御病蟲害的能力，對于培育抗病蟲農作物、大幅減少農藥使用量具有重要的現實意義。

相關成果日前以兩篇長文在國際權威學術期刊《科學》上發表。這是中國科學家在植物免疫研究領域取得的歷史性重大突破，該項科研新成果被國外同行點贊。中國工程院院士、西北農林科技大學教授康振生評價，這是植物免疫研究領域取得的里程碑式成果，或將引領未來植物病理學和免疫學的發展。

和人體內有免疫系統一樣，科學家發現，植物在漫長的進化過程中也“修煉”出了完備的免疫防御系統，可以對病原微生物的入侵奮起反抗。植物免疫系統的基礎組成就是植物細胞內數目眾多的抗病蛋白——它們是監控病蟲侵害的“哨兵”，也是動員植物防衛系統的“指揮官”。但抗病蛋白被發現至今已有25年，人們仍然不清楚其工作原理，沒能解析抗病蛋白發揮功能的核心機制，成為制約其應用的巨大瓶頸。

周儉民團隊在2012年和2015年的兩項研究中，發現了病原細菌和植物之間令人驚嘆的攻防策略。病原細菌的一種致病蛋白*破壞植物免疫系統中的關鍵組分，幫助細菌侵染植物；而植物則利用特殊的“誘餌”蛋白，感知該致病蛋白的活動并將信息傳遞給一種植物抗病蛋白，迅速激活植物的免疫反應，清除細菌。

柴繼杰團隊自2004年以來一直主攻抗病蛋白的的結構解析，王宏偉團隊的研究焦點和特長是對蛋白質的高分辨率冷凍電鏡重構，加上周儉民團隊的深入研究，這為解析抗病蛋白結構提供了強有力的技術支撐。三個團隊經過多年協作攻關，成功地組裝了包含激活這種植物抗病蛋白的復合物。進一步研究發現，這種抗病蛋白被致病蛋白激活后，組裝成含3個亞基共15個蛋白的環狀五聚體蛋白機器，形成抗病小體。

抗病小體能對植物防御系統發出強大的動員命令，并在植物細胞膜上發出自殺指令，讓受到感染的少數植物細胞和入侵的病原菌同歸于盡，從而阻止病原菌擴散，保護其他健康細胞。令人驚嘆的是，抗病小體與人類免疫中的炎癥小體的形成機制和作用極為相似，因此對研究動物天然免疫也有借鑒意義。

“該項研究填補了人們25年來對抗病蛋白認知的空白，為研究其它抗病蛋白提供了范本。”周儉民表示，抗病蛋白發現病菌后，可以迅速啟動植物防衛反應，殺死病菌，從而保護植物免受侵害。利用抗病蛋白，發展新的病蟲害防控手段，將大大減少化學農藥的施用。

周儉民說，未來這項技術既可以應用于農作物的育種階段，培育出可以抗病害的農作物；也可以用于制作“干擾劑”，在農作物生長過程中使用，增強對病害的抵御能力。“目前研究看，這項技術應用到茄子、辣椒、西紅柿以及油菜等果蔬相對簡單，并且容易操作，相對比較容易在短期內就造福我們的生活。”

柴繼杰表示：“植物一般無法移動，遭遇病蟲害時不能像動物那樣逃離。盡管體內抗病蛋白數量眾多，但總有防不勝防的疾病來襲，而抗病小體可以組合作戰，使其應對陌生病毒的本領增強了。”而搞清楚抗病小體的工作機制，對未來進一步展開抗病蛋白的研究是至關重要的一步。

周儉民也提到，“免疫反應過度表達也會給植物帶來危害。那么，這個度在哪里？我們如何能夠*地控制這個‘開關’？這些都還需要下一步的深入研究。”周儉民表示，研究團隊將沿著這個方向繼續努力。

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