中國農藥佔到了全球的三分之一，怎麼讓植物自己「提高免疫力」
五聚抗病小體結構。分別顯示頂部(左)和側面(右)視圖。中科院遺傳發育所供圖
人有免疫力，植物有免疫力嗎？答案是肯定的，看似嬌弱的花花草草，可能遠比你想像中來得堅強。
植物具有複雜、精細調控的免疫系統，可植物抗病蛋白被發現至今已經20多年了，人們卻仍然不清楚它們的工作原理。
這一謎題在4月5日得以揭開。中國科學院遺傳與發育生物學研究所與清華大學的研究團隊合作，在植物體內發現了由抗病蛋白組成的抗病小體並解析其電鏡結構，揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子機制。相關成果在《科學（Science）》雜誌上在線發表。
農藥困境
中國是一個農業大國，但人多地少的現狀，讓中國成為農業病蟲害最為嚴重的國家之一。有統計數字表明，為了控制病害，中國農藥施用量佔到了全球總量的三分之一，帶來了嚴重的生態環境和食品安全問題。
這也愁煞了中國的育種學家。南京農業大學植物保護學院院長王源超坦言，中國的育種學家「一直在拚命地育種，但新品種用個三五年，抗性就消失了，似乎總也追不上病原菌的變異速度」。
在中科院遺傳發育所研究員周儉民看來，要減少農藥的使用，提高植物自身的免疫力，可能才是最關鍵的那把「鑰匙」。
這讓科學家將目光聚焦在植物細胞中存在的數目眾多的抗病蛋白上。抗病蛋白既是監控病蟲侵害的「哨兵」，也是動員植物防衛系統的「指揮官」。
從2004年起，周儉民與清華大學教授柴繼傑團隊合作，開始研究植物與病菌「攻防戰」中的關鍵科學問題，並首次在世界上提出了「誘餌模型」的觀點。
「我們認為，植物的抗病蛋白就像一個老鼠夾子，誘餌蛋白就像夾子上的乳酪，當『老鼠』聞著乳酪味過來時，夾子就會一下子把它抓住。」周儉民說
然而，由於該理論與當時的主流觀點大相徑庭，大約有5年時間，這一觀點並沒有被學界廣泛接受。周儉民說，那時候，甚至連「學生髮論文都受到了影響」。
誰發出了「自殺」指令？
周儉民團隊沒有放棄。在中科院戰略性先導科技專項的支持下，他和同事持續收集新的證據，他們愈發相信，植物和病原細菌之間存在著令人驚嘆的攻防策略。
在另一條路上，清華大學團隊也在不斷向前推進。抗病蛋白理論研究的一個巨大瓶頸在於缺乏蛋白質結構，20多年來，多個國際頂尖實驗室均折戟於此。
這恰恰正是柴繼傑團隊的主攻方向，他們曾在動物炎症小體結構研究中取得突破，這種蛋白與植物抗病蛋白有諸多相似性；清華大學教授王宏偉團隊則長期致力於冷凍電鏡方法學的研究，為抗病蛋白結構解析提供了強有力的技術支撐。
強強聯合之下，謎團終於揭開。
研究團隊發現，擬南芥的抗病蛋白感知到病菌後，會組裝成一個環狀的五聚體蛋白「機器」，形成抗病小體。抗病小體的中間有個「鑽頭」，它能夠「刺破」染病的細胞膜，以「自殺」的方式與病菌「同歸於盡」。也就是說，抗病小體很可能是植物細胞死亡和免疫的執行者。
「我們還發現，植物抗病小體的組裝方式、結構與功能，與動物免疫中的炎症小體驚人地相似，這展現了在不同生命形式中，進化對免疫形成的力量。」周儉民說。
「鑽石」何時發光？
中國學者的這一發現，填補了25年來人們對抗病蛋白認知的空白。英國皇家學會會士、歐洲科學院院士Sophien Kamoun認為，中國學者提出的「自殺開關」模型非常新，會給植物免疫領域帶來很多啟示。
中科院院士康樂則形容抗病小體的結構「非常漂亮，就像一枚鑽石組成的首飾。這說明在進化的作用下，生物一定是簡約、美麗的」。
當然，更多人關心的還是這項成果能否應用於農業生產。因為利用抗病蛋白髮展新的病蟲害防控手段，毫無疑問將大大減少化學農藥的施用。而抗病蛋白高分辨度結構和作用機制的解析，也將為設計抗廣譜、持久的新型抗病蛋白，發展綠色農業奠定核心的理論基礎。
在中科院院士、中科院遺傳發育所研究員李家洋看來，在國際上率先提出、發現抗病小體，是中國學者對植物科學的重大貢獻。「未來通過分子設計育種等手段，相信這項成果也將為農業生產帶來廣闊的應用前景。」
抗病小體這塊「鑽石」何時才能發光，也許科學家們還無法給出一個確切的答案。但至少，未來可期。
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