8月16日上午，2023未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)名單揭曉。
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西湖大學(xué)植物免疫學(xué)講席教授柴繼杰榮獲三項(xiàng)大獎(jiǎng)之一的“生命科學(xué)獎(jiǎng)”。與他一同分享這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的，是中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員周儉民，兩人在植物免疫上的研究合作，跨度將近20年。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)，是中國(guó)首個(gè)非官方、非營(yíng)利的科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)，由科學(xué)家和企業(yè)家群體共同發(fā)起，有著“中國(guó)諾貝爾獎(jiǎng)”的美稱。頒獎(jiǎng)詞寫道：“獎(jiǎng)勵(lì)他們?yōu)榘l(fā)現(xiàn)抗病小體并闡明其結(jié)構(gòu)和在抗植物病蟲(chóng)害中的功能做出的開(kāi)創(chuàng)性工作�！�zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

35年前，柴繼杰還是丹東鴨綠江造紙廠的一名助理工程師，6年前，他已經(jīng)成為中國(guó)大陸首位獲得“德國(guó)洪堡教席獎(jiǎng)”的科學(xué)家。在外人眼里，柴繼杰的科研道路有一絲傳奇色彩，現(xiàn)如今拿下又一個(gè)大獎(jiǎng)，讓人對(duì)這位西湖大學(xué)新成員的好奇拉到了滿格。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

對(duì)科研而言，篤信和堅(jiān)持比什么都重要zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

國(guó)際著名植物抗病專家李昕等人曾在《植物學(xué)報(bào)》上對(duì)柴繼杰團(tuán)隊(duì)這項(xiàng)獲獎(jiǎng)研究發(fā)表專文評(píng)述，認(rèn)為它“開(kāi)啟防御之門”，是植物免疫研究的里程碑事件。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

僅2022年，柴繼杰團(tuán)隊(duì)就在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Cell、Nature、Science發(fā)表了6篇關(guān)于植物免疫的研究論文，這一系列成果在植物免疫和抗病研究中取得重大突破�！拔覀�?yōu)榇藴?zhǔn)備了近20年�！辈窭^杰說(shuō)。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

他把3D打印的抗病小體模型小心地收藏在辦公室的玻璃柜里，為記者講解的時(shí)候拿出來(lái)捧在手上，眼前這個(gè)黃色小花一樣的物體，正蘊(yùn)藏著破譯植物免疫的密碼。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

對(duì)一個(gè)蛋白質(zhì)而言，如何發(fā)揮作用和它的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。作為一名杰出的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家，在微小的生命單位內(nèi)，柴繼杰通過(guò)解析蛋白分子結(jié)構(gòu)洞悉生命發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。“以結(jié)構(gòu)作為一種手段來(lái)解決生物問(wèn)題”，柴繼杰說(shuō)，這是他的導(dǎo)師施一公教授給結(jié)構(gòu)生物學(xué)下的定義，也是他解決生物問(wèn)題的一把利劍。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

這20年里，柴繼杰主攻的植物免疫大致分成兩個(gè)層面。細(xì)胞膜上，由膜表面識(shí)別受體（PRRs）直接識(shí)別病原體，包括受體激酶和受體蛋白兩種；細(xì)胞內(nèi)，由核苷酸結(jié)合和富含亮氨酸重復(fù)序列受體（NLRs），識(shí)別病原體的效應(yīng)因子，從而引發(fā)免疫效應(yīng)。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

2013年前后，柴繼杰團(tuán)隊(duì)在PRRs領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得多項(xiàng)突破，而對(duì)于胞內(nèi)NLRs抗病蛋白的研究，受限于當(dāng)時(shí)各方面技術(shù)條件，他們經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的“前夜”。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

抗病蛋白的結(jié)構(gòu)解析是其理論研究的一個(gè)重要瓶頸。柴繼杰團(tuán)隊(duì)2004年就開(kāi)始聚焦于此，但是抗病蛋白的構(gòu)成復(fù)雜、分子量大且構(gòu)象多變，對(duì)解析其結(jié)構(gòu)帶來(lái)了極大困難。自國(guó)際上首次鑒定到抗病蛋白以來(lái)，25年間，多個(gè)國(guó)際頂尖實(shí)驗(yàn)室均未能純化出可供結(jié)構(gòu)分析的全長(zhǎng)抗病蛋白。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

突破從來(lái)不是偶然。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

柴繼杰團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的動(dòng)物炎癥小體結(jié)構(gòu)研究與植物抗病蛋白具有諸多相似性，這為解析植物抗病蛋白結(jié)構(gòu)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。“它們?cè)谝患?jí)結(jié)構(gòu)上具有相似性，所以很多人會(huì)默認(rèn)二者在生化功能上也是一樣的，而實(shí)際并非如此�！彼麄兪紫劝l(fā)現(xiàn)了抗病小體，并根據(jù)解析的抗病小體電鏡結(jié)構(gòu)，提出了離子通道模型。后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證明，抗病小體確實(shí)可以抵達(dá)細(xì)胞膜，形成鈣離子通道，進(jìn)而引發(fā)后續(xù)的免疫反應(yīng)。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

20年的探索，近10年的沉寂，這是怎么做到的？zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

“對(duì)科研而言，篤信和堅(jiān)持比什么都重要�！辈窭^杰說(shuō)。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

“你看到最頂端的凸起了嗎？”柴繼杰又舉起手中的抗病小體模型，實(shí)際上是它給了團(tuán)隊(duì)靈感，“當(dāng)時(shí)我們并不知道它的確切功能，但是我們篤信自然選擇的智慧，進(jìn)化到這個(gè)程度，大自然為它保留這些，肯定有它的道理�！�zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

以植物之名，賦予生命更堅(jiān)強(qiáng)的后盾zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

植物可以說(shuō)是人類文明的基石之一，特別是農(nóng)作物。柴繼杰經(jīng)常提起愛(ài)爾蘭大饑荒，1845年到1850年，愛(ài)爾蘭人口銳減了四分之一，起因就是晚疫病菌造成的馬鈴薯腐爛。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

可人類對(duì)植物免疫知之甚少。實(shí)際上，它們和人類一樣擁有著一套復(fù)雜的生物防御系統(tǒng)，可以識(shí)別和應(yīng)對(duì)各種外來(lái)病原體的侵襲。僅僅是在細(xì)胞膜上，就有很多蛋白質(zhì)肩負(fù)著對(duì)抗病原體的任務(wù)，它們像一個(gè)個(gè)哨兵，守衛(wèi)著植物健康生長(zhǎng)。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

在生物學(xué)家眼里，植物這套“攻防”策略，其實(shí)是一種生物學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制。信號(hào)的傳導(dǎo)引起一系列的反應(yīng)，從而讓植物產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)來(lái)抵抗外部病原體的侵染。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

在過(guò)去的幾年中，柴繼杰團(tuán)隊(duì)在NLR信號(hào)機(jī)制的闡明中取得了重大進(jìn)展。“病原體來(lái)了之后，植物作為宿主會(huì)產(chǎn)生信號(hào)，繼而引起一系列反應(yīng)，現(xiàn)在我們知道NLR產(chǎn)生了這個(gè)信號(hào)，并且傳導(dǎo)匯聚于鈣離子�！辈窭^杰說(shuō)，解決NLR激活的鈣離子信號(hào)如何解碼的問(wèn)題將是進(jìn)一步剖析NLR信號(hào)的關(guān)鍵步驟。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

植物只有先天免疫，這是一種極其精微的調(diào)控。免疫不僅僅是“增強(qiáng)”就夠了，它講究的就是“合適”。如果產(chǎn)生反應(yīng)的時(shí)機(jī)不對(duì)，或是反應(yīng)過(guò)激都會(huì)對(duì)植物本身造成負(fù)面影響，柴繼杰時(shí)常感慨大自然幽微又無(wú)窮的力量，“我們希望能夠介入植物免疫系統(tǒng)的調(diào)控，讓它們?cè)诤线m的時(shí)間做出強(qiáng)度合適的反應(yīng)�！�zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

各種農(nóng)作物病蟲(chóng)害，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在保護(hù)作物的同時(shí)，減少化學(xué)農(nóng)藥的施用，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和科學(xué)家面臨的一道難題，而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，就存在于植物數(shù)目眾多的抗病蛋白中。柴繼杰舉了個(gè)例子，在水稻中，大概有450至500個(gè)NLR受體，3萬(wàn)個(gè)基因中有近500個(gè)這樣的受體，這足以說(shuō)明它在植物免疫中的重要作用。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

加入西湖大學(xué)后，柴繼杰馬不停蹄地組建植物免疫信號(hào)傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)植物免疫受體的結(jié)構(gòu)和生化研究，探索植物抗病的新方法。他說(shuō)，西湖大學(xué)、西湖實(shí)驗(yàn)室和他理想中的科研環(huán)境很接近。這里提供了一個(gè)自由的、寬松的研究環(huán)境，我們能更專注地進(jìn)行科研探索。“總而言之，我和‘西湖’哪兒哪兒都合適�！�zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

在微觀世界闡明植物的抗病和免疫機(jī)制之后，柴繼杰和團(tuán)隊(duì)行至“下游”，未來(lái)，他們想通過(guò)抗病蛋白高分辨結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制的解析，設(shè)計(jì)出具有廣譜、持久抗性的新型抗病蛋白，找到新的病蟲(chóng)害防控手段。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

億萬(wàn)年的自然進(jìn)化中，免疫系統(tǒng)一直幫助植物抵抗著那些微小卻又致命的危險(xiǎn)，而這群人，以植物之名，賦予生命更堅(jiān)強(qiáng)的后盾。zSQ新江南網(wǎng)|江南區(qū)域知名綜合門戶網(wǎng)

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