兩軍對壘，劍拔弩張,，一小支先頭部隊暗地里發(fā)起偷襲,。繞過守衛(wèi),，摸入大營，正當他們?yōu)槠嬉u得手自鳴得意之時，環(huán)顧四周，發(fā)現(xiàn)這竟是一座空營。說時遲那時快,，埋伏在附近的暗哨點燃了烽火，本想出其不意的先頭部隊完全暴露了行蹤……
這是一場真實發(fā)生的“戰(zhàn)役”,，只不過以肉眼無法觀察的維度發(fā)生在植物體內,。在這里，偽裝成“空營”的是植物受體激酶Pto,，它和“暗哨”Prf蛋白緊密合作,，一旦敵軍“先頭部隊”——能夠使植物患病的病原菌產(chǎn)生的一種效應蛋白AvrPto“誤入空營”，與Pto結合,，Prf蛋白就迅速被激發(fā)活性,，“燃起烽火”，向下游免疫系統(tǒng)傳遞信號,，進而提高了植物的抗病性,。
這種植物抗病新模型被稱為“誘餌模型”，是清華大學結構生物學實驗室（柴繼杰教授實驗室）聯(lián)合中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所植物體內及功能實驗室（周儉民研究員實驗室）和鄭州大學的重要功能化合物合成及表征實驗室（?？私淌趯嶒炇遥┻M行的“植物油菜素內酯等受體激酶的結構及功能研究”課題項目研究成果的一部分,。該項目榮獲2017年度國家自然科學獎二等獎,。
植物細胞膜上存在大量的受體激酶，常被用作實驗植物的擬南芥大約有600多個,，而水稻大約有1000多個,，造成誘發(fā)刺激的小分子物質有不同形態(tài)，受體激酶也相應地有多種不同形態(tài),，“一把鑰匙配一把鎖”,，與配體特異性結合，像“哨兵”一樣激發(fā)活性,，傳遞信號,，從而承擔調控植物生長、發(fā)育,、抗病和共生的功能,。國內外已有一系列針對受體激酶的遺傳學研究，而柴繼杰實驗室等團隊采用先進技術手段,，從結構生物學的角度結合遺傳學,、分子生物學、細胞生物學和生物化學等手段進行研究,，更加清晰明確地闡釋受體激酶如何發(fā)揮作用,、通過什么物質發(fā)揮作用的機制。
與動物不同,，大多數(shù)植物無法自主移動,，躲避或反擊敵害，這使得免疫對于植物的生存格外重要,，而準確識別致病物質是免疫的第一步。通過解析受體與配體結合后形成的復合物的結構,，該研究發(fā)現(xiàn),，一種叫作AtCERK1的植物受體能夠“認出”真菌病原體的主要成分——幾丁質，受體FLS2則能夠特異性識別致病細菌的鞭毛蛋白,，對這兩種病原體的免疫過程即肇始于此,。
同時，研究還發(fā)現(xiàn),，在對細菌鞭毛的識別中,，另一種物質BAK1作為共受體存在，參與植物體免疫受體的活化,。有趣的是,，被受體激酶Pto識別的病原菌效應蛋白AvrPto同樣可以作用于共受體BAK1，抑制植物的免疫反應,，從而達到致病的目的,。
AtCERK1識別幾丁質的模式被稱為“同源二聚化”,，顧名思義，在這個過程中,，植物細胞膜上兩個相同的AtCERK1蛋白胞外區(qū)被幾丁質配體誘導二聚化,，并激活植物防御反應。而在FLS2與BAK1“合作”識別細菌鞭毛蛋白的過程中兩個不同的蛋白激酶發(fā)生二聚化,，即“異源二聚化”,。無論哪一種模式在都提示受體激酶被激活都最少需要兩個激酶的互作。該研究也由此揭示了植物受體激酶活化的普遍模式——同源或異源二聚化活化,，該模式也指導發(fā)現(xiàn)了許多植物受體激酶通路的新成分,。
除了植物免疫，該研究還涉及受體激酶在植物激素發(fā)揮作用的過程中扮演的角色,。油菜素甾醇（BR）廣泛存在于各類植物中,，因其最早在油菜中被發(fā)現(xiàn)而得名，對于調控植物生長發(fā)育有重要作用,，被認定為生長素,、乙烯等五類常見植物激素之外第六大植物激素。油菜素內酯產(chǎn)生和生效并不在植物細胞的同一部位,，在傳遞運輸過程中,，如何準確識別應當發(fā)揮作用的部位，同樣離不開植物受體激酶,。該研究通過解析油菜素甾醇的一種——油菜素內酯（BL）與其受體BRI1形成的二元復合物晶體結構,，以及激素BL、受體BRI1和共受體BAK1結合形成的三元復合物的晶體結構,，首次揭示油菜素內酯這種重要植物激素的受體識別及受體異源二聚化活化的分子機制,。
清華大學生命科學學院教授柴繼杰是這一項目的第一完成人，他主要運用X-射線晶體學研究植物受體激酶和NOD樣受體的結構與功能關系,，經(jīng)過十幾年研究,，取得了一系列國際領先的創(chuàng)新成果，對生物大分子結構領域的學術貢獻得到了國內外同行的高度認可,。在同事,、學生眼中，柴繼杰兼具創(chuàng)新的科學精神和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L,，對科研工作有極高熱忱,，每天風雨無阻與實驗室其他成員就實驗進展進行討論、爭辯,，每天從實驗的點滴進展中收獲激動,。2017年6月，由于在受體激酶結構與功能研究領域的杰出成就,，柴繼杰獲得了德國馬普植物遺傳與育種研究所“洪堡”教授獎,。鄭州大學?？恕⑶迦A大學韓志富,、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李磊及鄭州大學宋傳君分別為項目第二至第五完成人,。
憑借AvrPto-Pto誘餌模型、油菜素內酯受體識別,、AtCERK1 特異性識別幾丁質,、受體FLS2 和共受體BAK1識別致病菌鞭毛蛋白、AvrPto抑制共受體BAK1這五項重要發(fā)現(xiàn),，“植物油菜素內酯等受體激酶的結構及功能研究”獲得了國內,、國際同行的高度評價，在《自然》《科學》等頂尖學術雜志共發(fā)表8篇代表論文,，獲得SCI他引744 次,。學術成就之外，在實踐應用層面,，此研究對于作物抗病性的提高及良種植物的培育等同樣具有重要意義,。
