来源：西湖大学官方公众号、柴继杰实验室
你第一次听说「柴继杰」是什么时候？
是在施一公自传《自我突围》中初识这位大器晚成的「传奇」弟子？
是 2023 年他摘得未来科技大奖？
还是更早些时候，因为一个叫「抗病小体」 的新名词？
那是 2019 年，柴继杰和他彼时的研究合作伙伴周俭民发现了第一个「抗病小体」，长得像一朵紫金花，这被认为是植物免疫领域的里程碑事件。后来「抗病小体」 就泛指植物为了抵御外来细菌、病毒入侵，在细胞内部形成的一些特殊的寡聚化蛋白结构。
此后，柴继杰和他的团队继续行进在探索并揭示植物多种类型的免疫模式的路途上，更多的「抗病小体」涌现了出来 ——
北京时间 2025 年 2 月 12 日晚 24 点，西湖大学未来产业研究中心、生命科学学院柴继杰团队在《自然》发表了表题为 「Balanced plant helper NLR activation by a modified host protein complex」 的最新研究论文。该成果提出了 TNL 类抗病蛋白产生的免疫信号分子，ADPr-ATP，作为 「危险信号」使 EDS1-SAG101 复合物构象发生变化，进而来激活下游辅助蛋白 NRG1A 的免疫应答机制；首次解释了植物 NLR 被非效应蛋白激活的分子机制；也揭示了 NRG1C 蛋白通过竞争结合了 「危险信号」的 EDS1-SAG101 来负调控辅助蛋白 NRG1A 介导的免疫反应的负调控机制。
换句话说，这支常年扎根植物免疫的团队，进一步发现了其中一类免疫蛋白的详细「护卫」原理，向我们揭示了植物如何「聪明」 地在抵抗病菌的同时保持自身健康成长。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08521-7
植物，是大自然馈赠的瑰宝，给其他生命提供了庇护、氧气与食物，维系天地间的生态平衡。
就像动物会生病，植物也会遭受病原微生物的侵害，但植物并非被动受害，在长期与病原菌斗争的进化过程中，它们已形成了复杂且精细调控的免疫网络，来抵御多种病原微生物。
一边是默默发展演化了亿万年的「植物大战病菌」，一边是对此知之甚少的人类社会。尽管植物病理学和植物保护已经有较长的历史，受限于植物免疫复杂多样的机制及科学技术发展水平，直到近二三十年，科学家们才开始得以踏入这片神秘的领域，走近不语的植物。
如今我们得以知道，植物身上有两道能抗衡外部「金戈铁马」 的「长城」。
第一道「广撒网」PRRs（膜表面识别受体）防线位于植物细胞膜上，它能识别病原菌的保守模式分子，且反应具有广谱性，可防御大多数病原体的侵染。
第二道「精准钓」NLRs（核苷酸结合和富含亮氨酸重复受体）防线位于植物细胞内，NLR 抗病蛋白，可以特异性地识别入侵细胞内的病原体分泌的效应蛋白，启动一系列更为强烈的免疫反应（比如产生被侵染部位的局部细胞死亡），进而消灭病原体；大多数的植物抗病蛋白为 NLR 型抗病蛋白。
2004 年，柴继杰结束了普林斯顿大学的博士后工作，加入了刚刚组建的北京生命研究所，开始带领他的团队聚焦于动植物免疫抗病蛋白。在植物「广撒网」免疫防线取得重大突破（解析了第一个植物模式识别受体 FLS2 与模式分子鞭毛蛋白 flg22 及其共受体 BAK1 的复合物机构）之后，他们将目光聚焦于植物 「精准钓」这道免疫防线；所取得的代表性发现，即第一个抗病小体，也属于这道防线。
今天大家读到的这则柴继杰团队的最新成果中，同样涉及到「抗病小体」之「花」，同样「开」在植物细胞内。区别在于，NLR 蛋白根据 N 端不同，可以分为 CNL 和 TNL 两类。2019 年，柴继杰团队发现的「抗病小体」属于 CNL 蛋白，这一次，他们观测的是 TNL 蛋白。确切地说，是存在于双子叶植物中的一条由 TNL 蛋白「启动」的通路：这条「入侵报警、护卫出动」的路线顺利走完，会引起植物受细菌、病毒侵染部位「自杀」 以限制这些病原微生物的进一步扩增。
双子叶植物是什么概念呢？通常，植物种子上的叶片数有一片或者两片，一片的称为单子叶植物，两片的称为双子叶植物 —— 大豆、花生、番茄、辣椒、西瓜、向日葵等重要农作物都属于双子叶植物。
现在，让我们「蜷缩」 在双子叶植物细胞内，像看电影一样观看这个过程（其中涉及的专业名词后文都会再次出现）——
一批细菌和病毒突破了植物第一道「广撒网」 防线，杀入了细胞内。
隶属于第二道防线的 TNL 类抗病蛋白，在感知到病原微生物之后，聚合成一个个的四片花瓣状的、四聚化的「抗病小体」。
这些抗病小体就像古时候负责点燃烽火台的卫兵，一系列免疫信号分子由此产生，包括 pRib-AMP/ADP、ADPr-ATP 和 di-ADPR。
下一步，这些不同的信号分子会召集来不同类型的 EDS1 蛋白质，结合为 「小军团」。ADPr-ATP 和 di-ADPR 作为双子叶植物中一类重要的信号分子，能够「召唤」出 EDS1-SAG101 蛋白质，与之结合形成复合物。
这个复合体，会进一步「召集」免疫「助手」，即辅助蛋白 NRG1。辅助蛋白会继续加入到「小军团」，「 各路人马」由此形成了包含了 ADPr-ATP/di-ADPR，EDS1-SAG101 以及 NRG1 的新单元。
这个单元还会进一步「招兵买马」，最终形成具有钙离子通道活性的「抗病小体」，实现植物被病菌侵染部位的组织坏死（又称「超敏反应」）。
NRG1 家族蛋白调控植物免疫与生长平衡的分子机制
理解起来并不复杂，对不对？
但其实，这场「没有硝烟的战争」充满着未解之谜：在信号分子与 EDS1 蛋白质结合之后，它们是如何能「召唤」并激活「助手」NRG1 蛋白的？最后的「抗病小体」怎么成型的？这条通路如何保证不会过度免疫，不对植物造成过度伤害、导致植株矮小甚至死亡？
这一次，柴继杰团队与合作者们正是「观测」清楚了这个过程的具体机理，揭开了这些「怎么做到」问题的谜底 ——
研究发现，在受病原菌刺激激活后，双子叶植物体内数量众多的 TNL 蛋白所产生的信号分子 ADPr-ATP 和 di-ADPR，会结合到原本处于抑制状态的 EDS1-SAG101 二元复合物上，这会使 EDS1-SAG101 复合物的结构发生变化。
接着，这个变化会被下游的「助手」、辅助蛋白 NRG1 所感应。这类蛋白有 NRG1A、NRG1B、NRG1C 三种，因此会形成 EDS1-SAG101-NRG1A/B/C 三种复合物。
其中，如果形成的是 EDS1-SAG101-NRG1A 或 EDS1-SAG101-NRG1B 复合物，它们会和同类的复合物（即其他已形成的 EDS1-SAG101-NRG1A 或 EDS1-SAG101-NRG1B）一个一个聚集在一起，「 花瓣」加「花瓣」地「组装」（即寡聚化），形成 NRG1A/B 抗病小体。这个小体会附着到植物的细胞质膜或其他的植物细胞内膜上，作为钙离子通道，激活下游的免疫反应。
细心的读者或许会问，剩下的 NRG1C 呢？这一次最有意思的发现，正与它有关。植物遗传学及生物化学实验揭示，NRG1C 蛋白负责下调免疫「强度 」，也就是抑制过度免疫。这是怎么办到的？
原来，它的结构与 NRG1A 和 NRG1B 不同（其有一个不完整的 NOD 结构域），因而无法进一步拼成「抗病小体 」。但是，妙就妙在，对于上一步生成的复合体（即结合了「信号 」ADPr-ATP 或 di-ADPR 的 EDS1-SAG101 蛋白）来说，NRG1C 拥有更高的亲和力，可以与 NRG1A/B 竞争。想象一下，眼前有 100 个已被激活、可以加入的免疫「小军团 」，当 NRG1C 一马当先地与其中 90 个发生结合，留给 NRG1A 和 NRG1B 的也只剩 10 个团了。
由此，植物不会因为持续地免疫而使自身矮小，也就达成了免疫调控，植物得以维持免疫与生长的平衡。
当然，以上过程是研究内容与经历的极致浓缩。现实中，这个课题历时三年，观测了植物免疫相关的林林总总的重要分子、蛋白质的结构形态及其变化，再以生化实验为「镜」验证了得出的结论。
这些看似「手到擒来」研究发现背后，自然是师生们的漫长积累。
植物免疫是这样环环相扣的一个领域，严丝合缝，需要循序渐进。柴继杰近 20 年潜心植物免疫的故事自不必多说（查看过往报道：从造纸厂走出的顶尖科学家｜西湖大学柴继杰获未来科学大奖），就以本研究第一作者之一的西湖大学博士后黄诗嘉为例，2017 年，她当时在柴继杰清华大学的实验室做毕业设计，初次接触到这个领域的课题。之后，就一头扎入这个神秘的植物世界，「 接力」团队中前辈们的研究发现，稳扎稳打做了七八年，才沿着 TNL 蛋白信号通路一路向前，「 走」到了今天。
或许有点像游戏？打通上一关，才能打开新的版图，进入下一关。
这其中，自然有想不到的「挠头时分 」。这次研究的前半场，即结构解析，进行得非常顺利，但却一度在后半场的生化验证上卡住了：生化实验所需的 NRG1A 蛋白量特别大，可这种蛋白却很难表达。然而「上帝关上一扇窗 」，必然会打开一扇门，黄诗嘉笑着回忆说：「 因为太难了，我就去做了相较容易的 NRG1C，发现结合能力很强，这才意外发现了抑制机制。」 所以，坚持很重要。
而你可以预见，师生们面前的下一关自然也已经开启。柴继杰团队还想知道这条通路上更多的「然后 」：最后形成的抗病小体，到底是不是一朵「五瓣花 」？这个小体作为钙离子通道发挥功用时，是整个复合体一起附着在膜上，还是会发生「解体 」？
最后的最后，你可能还想问，我们了解植物如何保护自己有什么意义？驱动科研工作人员孜孜不倦的动力之一，是让人类可以活得更好。免疫关乎着植物健康，这些发现为我们防治植物病虫害提供了详细靶标和专业依据。我们可以据此进行更精细化的调控，包括在关乎人类福祉的粮食生产领域，开发出具有更高抗病能力、更高产稳产的优质农作物，进一步缓解粮食危机。
所以，让我们耐心目送科学家们继续前进，静待下一次的花开时刻！
西湖大学生命科学学院讲席教授柴继杰及德国马普研究所 Jane E. Parker 教授为论文共同通讯作者。西湖大学生命科学学院博士后黄诗嘉、德国马普研究所博士后王俊丽、清华大学 2022 级博士生宋日丹和河南农业大学贾奥琳教授为论文共同第一作者。中科院植物所肖裕研究员、西湖大学访问学者孙玥博士、西湖大学 2024 级博士生王琳、西湖大学韩志富研究员、德国马普研究所博士生 Dennis Mahr、不列颠哥伦比亚大学吴忠寿博士和李昕教授等也为该研究做出了重要贡献。北京大学现代农业研究院冷冻电镜平台的赵珺博士对冷冻电镜数据收集给予了大力指导和帮助，上海同步辐射光源为本研究提供了设备和技术支持。该研究得到科技部重点研发项目及国家自然科学基金的支持，西湖大学未来产业研究中心的资助；同时得到了西湖大学高性能计算中心、冷冻电镜平台和晶体学平台的大力支持。
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