柴继杰/周俭民/王宏伟合作团队在植物免疫研究领域取得重大突破

来源：BioArt

编者按：在长期对抗病原微生物的过程中，植物进化出了复杂、高效的免疫系统，用于识别各种病原微生物、激活防卫反应，从而避免受到侵害。植物免疫系统的核心是植物细胞内大量的抗病蛋白。在过去的二十多年里，抗病蛋白已被广泛应用于植物抗病育种，然而目前对抗病蛋白发挥作用的分子机制仍未全面了解。4月5日，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合作在植物免疫研究领域取得了重大突破。合作团队完成的两篇背靠背发表的Science研究长文发现了由抗病蛋白组成的抗病小体（resistosome）并首次解析了其处于抑制状态、中间状态及五聚体活化状态的冷冻电镜结构，从而揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子机制，该项工作填补了人们25年来对植物抗病蛋白认知的空白。关于上述两篇论文的详细解读详见BioArt植物今日发布的报道（专家点评Science背靠背 | 植物免疫领域重大突破！柴继杰/周俭民/王宏伟合作团队首次发现植物抗病小体）。南京农业大学董莎萌 教授点评上述工作认为，“这一系列令人激动的发现正式提出了植物“抗病小体“这一突破性概念，很可能标志着植物免疫领域的研究将进入到一个全新的阶段，为实现农作物免疫系统的精准改良甚至是从头设计奠定了关键理论基础”。普林斯顿大学颜宁教授作为柴继杰教授的师妹，也长期关注师兄的系列重要工作，有鉴于此，BioArt特别邀请到了颜宁教授对柴继杰老师的研究经历进行了概述，并对上述工作进行了一个总结性的点评，以飨读者！

点评丨颜宁（普林斯顿大学）

责编丨迦溆

Apoptosome, inflammasome, resistosome – 从这个“some”就知道肯定是很大的复合物，但不了解的人可能没有意识到它们的核心成员同属于同一个家族。

最早成名的是apoptosome，如果你不了解20年前apoptosis（细胞凋亡）研究的火热程度，那就想想过去几年的RNAi、autophagy、包括这几年的基因编辑的研究（题外话: 我总是跟学生说，看见太热的领域就别跳进去了，波长挺短的，也就那么几年，等你毕业了，这个领域十有八九已经饱和了）。继杰师兄1999年加入在普林斯顿刚开张不久的施一公实验室，在细胞凋亡领域大展身手，他在普林斯顿期间最后一个课题就是研究apoptosome的调节机理，但那时候他主要做的是细胞凋亡研究模式生物线虫里的同源蛋白CED-4。因为要去NIBS开启新篇章了，他只做了半年多，这个课题交接给了一个博士生（BioArt注：这位博士生其实正是颜宁老师），成就了她的第一篇《自然》(Yan et al, 2005, Nature, 437:831)【1】。不过在这短短半年时间里，继杰突破了蛋白表达的瓶颈，为最终的突破奠定了基础。

而继杰在NIBS起步之后，就将科研重心转到植物与病原微生物互作这个有趣的领域，他对apoptosome的兴趣转移到了细胞里的同源蛋白R蛋白(Resistance Gene)上。尽管继杰在这个领域做出了大量重要成果，但是R蛋白真如其名，resistance，就是拒绝抛头露面。回头看，竟然已经过了15年。当然在这期间，继杰同时在inflammasome领域披荆斩棘，相继解析了其核心成员NLRC4在被抑制和受激寡聚化之后的结构(Hu et al, 2013, Science, 6142:172; Hu et al, 2015, Science, 6259:399)【2,3】；而同时一公实验室则继续在apoptosome领域深耕，解析了线虫、果蝇以及人源中apoptosome处于不同状态的结构，并进行了极其深入的生化分析。

不同的“some”之间的比较。图片引自：Science 05 Apr 2019

至此，apoptosome, inflammasome, resistosome都揭开了面纱。尽管它们不论从寡聚态到具体组成成员有很大差别，但工作原理殊途同归：感知来自环境或者细胞内部不同的危险信号后迅速活化，启动应急程序（很多情况下杀身成仁以示警整个机体的免疫系统，为了大我牺牲小我）。从植物到虫子到人类，这些蛋白机器历经亿万年忠心耿耿地履行职责，足见进化的神奇。

恭喜继杰师兄，恭喜王导，恭喜俭民！

原文链接：

http://science.sciencemag.org/content/364/6435/eaav5870

http://science.sciencemag.org/content/364/6435/eaav5868

参考文献：

1、Yan, N., Chai, J., Lee, E. S., Gu, L., Liu, Q., He, J., ... & Shi, Y. (2005). Structure of the CED-4–CED-9 complex provides insights into programmed cell death in Caenorhabditis elegans. Nature, 437(7060), 831.

2、Hu, Z., Yan, C., Liu, P., Huang, Z., Ma, R., Zhang, C., ... & Chai, J.(2013). Crystal structure of NLRC4 reveals its autoinhibition mechanism. Science, 341(6142), 172-175.

3、Hu, Z., Zhou, Q., Zhang, C., Fan, S., Cheng, W., Zhao, Y., ... & Chai, J. (2015). Structural and biochemical basis for induced self-propagation of NLRC4. Science, 350(6259), 399-404.