只需喷洒在叶子上，就能使水稻、小麦等农作物的天然免疫力加倍，自动抵御各种病害的侵袭？这种绿色安全的“未来农药”已在实验室中成型。
今天凌晨，国际知名学术期刊《科学》以“背靠背”的形式在线发表了同一研究机构不同团队的两项重要成果。他们共同发现了调动植物体内免疫机制的一个大秘密——一个小分子可以调动水稻中的多种蛋白质，形成免疫复合物，从而激活免疫力，提高作物的广谱抗病能力。在植物叶子上喷洒另一种小分子，可以通过植物内相同的信号调节网络直接激活这种强大的免疫力。
这一发现为培育新的广谱抗病作物品种提供了靶基因，也为开发能够激发作物广谱抗病能力的新型生物农药提供了理论基础。科学家们已经对此进行了14年的探索。
从第一作者到通讯作者，14年持续研究
这段长达14年的探索之旅始于2010年。那一年，该论文的共同通讯作者邓以文和高明军还在中科院院士何祖华研究员的实验室攻读博士学位。科学与中国科学院分子植物科学创新卓越中心。
“rod1材料的田间抗病能力非常好，我一直在跟何老师研究到现在。”高明军的博士论文研究的是ROD1。英国剑桥留学归来后，她在复旦大学组建了自己的研究团队，并继续与Joe Ho的团队合作，探索ROD1背后的奥秘。
那一年，分子植物科学卓越中心松江农场基地成立，何祖华租了五亩地，带着学生将突变的rod1种子全部播下。那一年，总共收到了12000个突变品系。种子。次年，这些突变株种子被播种在海南南方繁殖基地20亩土地上，并在整个生育期内进行了大规模的感病突变株筛选。
何祖华院士团队正在进行现场试验。
“因为我们无法筛选合适的rod1突变材料来构建作图群体，四五年来几乎没有任何进展。”高明军回忆起他和导师在田间一一寻找具有预期表型的植物的情景。那些日子里，尽管不怕辛苦，却无法阻挡绝望的侵袭，“但何老师每年都耐心、坚持地翻遍田野，最终，功夫不负有心人，筛选出了合适的材料。”并克服了研究困难。” 。
2021年，何祖华团队在《Cell》上发表论文，报道ROD1是一种免疫抑制基因。其功能失活可激活水稻自身免疫，显着提高对稻瘟病、白叶枯病、纹枯病等多种病害的抗性。对病原菌的抵抗力。高明军是该论文的第一作者。
小分子调动“金刚”打响保护植物健康之战
然而，新的问题接踵而至——ROD1是通过什么样的信令网络发挥作用的？邓艺文介绍，他们通过大规模的田间表型鉴定和筛选，再次获得了新的实验材料。通过基因克隆和全基因组测序分析，他们发现水稻中也存在细胞内传感器TIR蛋白。
“这些传感器可以产生免疫小分子 pRib-AMP。”邓艺文表示，这种小分子在植物免疫系统中发挥着关键作用。它可以动员水稻家族的三种蛋白质并将它们组装成免疫复合物 EPA。 ，就像变形金刚“三重融合”，变身超级战士，能够对抗大多数病原体——植物的广谱抗病能力大大增强。
ROD1-OsTIR-EPA介导的免疫反应模型
如此强大的免疫武器自然不能轻易使用。 ROD1通过与TIR蛋白相互作用抑制pRib-AMP的产生，从而维持植物免疫系统的稳定性：当植物受到病原菌感染时，ROD1会被降解，从而释放TIR蛋白产生pRib-AMP，动员形成免疫复合物 EPA 参与植物的“健康防御”。
有趣的是，分子植物科学卓越与创新中心的另一个研究小组也在研究 pRib-AMP。
2020年，植物免疫学家万里从美国北卡罗来纳大学回国，来到分子植物卓越中心。 “我们在研究中发现，TIR 蛋白可以产生小分子 2'cADPR，它可以在植物中转化为 pRib-AMP。”万里说，更让他们兴奋的是，2'cADPR可以直接喷洒在植物上，这样就可以开启EPA“聚集”的免疫力——相当于实现了人工可控激活强抗病性植物来源的2'cADPR特性更稳定、更安全、更适用。开发为植物免疫激活剂。
TIR蛋白生成2'cADPR并转化为pRib-AMP诱导EPA复合物激活植物免疫反应
多个研究组联手“背靠背”发表同一机构论文
研究历程历时14年，但论文从投稿到发表仅用了4个月零19天。 《科学》杂志上“背靠背”发表同一研究机构的两篇论文也是相当罕见的。
审稿人对这两篇论文给予了高度评价：“这是一篇非常漂亮的作品”、“极大地促进了对植物免疫过程的理解”，甚至称其为水稻研究的“经典”。
值得一提的是，两篇论文分别有6名和3名共同第一作者。其中一人同时为两篇论文的共同第一作者，主要负责分析两篇论文中重要的蛋白质结构。
何祖华与《Science》最新论文发表的其他第一作者合影
万里研究员与最新发表论文第一作者合影
“作为现代生物学的重要研究工具，结构生物学在植物研究中的应用是近年来才受到关注。”论文共同通讯作者、分子植物科学卓越中心研究员张宇表示，它可以帮助植物科学家解决许多重要的科学问题，甚至通过工程蛋白质精确控制植物性状，这将给未来带来重大变化选育。
据统计，我国每年因病虫害造成的粮食产量损失达1500万吨，相当于3亿人每年的口粮。何总和万里均表示，将继续以国家重大战略需求为指导，深入推进基础研究，努力将成果转化应用到新型生物农药的开发中。
