近日，北京農(nóng)學(xué)院青年教師李晶博士作為共同第一作者在Science發(fā)表題為“A wheat tandem kinase and NLR pair confers resistance to multiple fungal pathogens”的研究論文。該論文揭示了串聯(lián)激酶抵御病原菌入侵的全新免疫機(jī)制：一個(gè)非典型的NLR蛋白WTN1（Wheat Tandem NBD 1）與串聯(lián)激酶WTK3協(xié)同識(shí)別病原菌的效應(yīng)蛋白激發(fā)免疫反應(yīng)，表現(xiàn)對(duì)多種小麥真菌病害的抗性。李晶參與這項(xiàng)科研工作近6年時(shí)間，主要承擔(dān)部分生化和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，從生化角度解析了WTN1和WTK3，及PWT4和Rwt4/WTK3的相互作用。談及此次取得突破性科研成果，她說(shuō)：“作為青年科研工作者，需要沉心靜氣深耕領(lǐng)域，像農(nóng)作物一樣努力向下扎根，在堅(jiān)持不懈的鉆研里向上生長(zhǎng)、靜待收獲?！?/p>
解析小麥串聯(lián)激酶類抗病基因的免疫機(jī)制
“通俗來(lái)講，這項(xiàng)研究最大的成果就是首次揭示了串聯(lián)激酶抵御病原菌入侵的免疫機(jī)制，為創(chuàng)制具有廣譜抗病的作物新品種提供了重要的理論支撐?！崩罹Ы忉尩?。
串聯(lián)激酶（Tandem kinase proteins，TKPs）是近年來(lái)在小麥和大麥中發(fā)現(xiàn)的一類新型抗病蛋白，由兩個(gè)或多個(gè)激酶結(jié)構(gòu)域串聯(lián)而成，對(duì)條銹、葉銹、稈銹、白粉、麥瘟和黑粉等多種重大病害發(fā)揮抗性作用，具有重要的育種價(jià)值。
麥類作物中第一個(gè)串聯(lián)激酶類型的抗病基因Rpg1于2002年被克隆，迄今已有23年，然而關(guān)于串聯(lián)激酶這類新型抗病蛋白存在許多懸而未決的科學(xué)問(wèn)題。
此次研究在植物抗病領(lǐng)域初步解答了串聯(lián)激酶如何發(fā)揮抗病作用，為作物廣譜多抗品種精準(zhǔn)設(shè)計(jì)奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。有望解決中國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)缺乏廣譜抗白粉病基因資源的問(wèn)題，同時(shí)為防控麥瘟病提前建立潛在的遺傳屏障。
在失敗中尋找“成功密碼”
李晶在博士期間主要從事擬南芥逆境響應(yīng)機(jī)制研究，對(duì)生化、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)比較擅長(zhǎng)，也正因這方面的特長(zhǎng)加入中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所劉志勇研究員領(lǐng)銜的植物免疫團(tuán)隊(duì)中。此次跨院校合作，也讓她深刻感受到不同專業(yè)交叉融合、團(tuán)結(jié)協(xié)作的強(qiáng)大力量。
然而，開展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程并不是一帆風(fēng)順的。小麥和擬南芥在具體的實(shí)驗(yàn)上存在差別，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能簡(jiǎn)單襲用之前的模式。
李晶沒(méi)有沮喪，因?yàn)樗钪白隹蒲?，最重要的就是要沉下心，戒驕戒躁”。李晶查閱了大量文獻(xiàn)，分析和論證方法的不足，并與其他實(shí)驗(yàn)室的研究人員進(jìn)行多次交流，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，逐漸摸索并優(yōu)化了適用于小麥研究的相關(guān)生化實(shí)驗(yàn)方法。
“團(tuán)隊(duì)成員們?cè)诳蒲欣Ь持袌?jiān)持迎難而上、嚴(yán)謹(jǐn)求證、持續(xù)深化研究的態(tài)度，給予了我很大的觸動(dòng)和啟發(fā)。”李晶說(shuō)道。
在課題研究中，因?yàn)檎也坏桨追劬男?yīng)蛋白，研究曾一度陷入僵局。大家通過(guò)各種方式都在努力尋找著突破點(diǎn)。
終于有一天，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉志勇研究員在查閱文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)國(guó)外團(tuán)隊(duì)克隆的抗麥瘟病基因Rwt4恰好是WTK3的等位基因，兩者只相差2個(gè)氨基酸，而此前已經(jīng)有其他團(tuán)隊(duì)克隆到了麥瘟菌的效應(yīng)蛋白PWT4。團(tuán)隊(duì)便設(shè)想既然響應(yīng)基因是等位基因，那么WTK3是否既抗白粉病又抗麥瘟?。渴欠窨梢越栌名溛敛〉难芯肯到y(tǒng)來(lái)研究白粉病的抗性機(jī)制？
實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這條路可以走通，團(tuán)隊(duì)利用Rwt4及其對(duì)應(yīng)效應(yīng)因子PWT4揭示了串聯(lián)激酶如何監(jiān)測(cè)病原菌效應(yīng)因子并激活NLR觸發(fā)免疫反應(yīng)。
李晶說(shuō)，團(tuán)隊(duì)其他科研工作者們都在科研工作上投入大量精力，這也激勵(lì)自己毫不懈怠、持續(xù)前行?！按蠹夜ぷ鲿r(shí)間非常長(zhǎng)，時(shí)時(shí)刻刻都在想著實(shí)驗(yàn)，即使是回家以后經(jīng)常打電話與團(tuán)隊(duì)成員討論課題?！?/p>
科研成果反哺課堂教學(xué)
“2017年我來(lái)到學(xué)校工作，起初由于對(duì)課程不太熟悉，要花很多時(shí)間去備課、磨課，那幾年一直在摸索如何平衡好教學(xué)與科研的關(guān)系?！崩罹?duì)剛剛走上講臺(tái)的那兩年記憶深刻。
在學(xué)院老教師的指導(dǎo)下，李晶不斷摸索、逐漸合理安排教學(xué)與科研的時(shí)間，她在教學(xué)上逐漸得心應(yīng)手，也開始思索如何將科研反哺教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。
李晶所教授的植物生理學(xué)課程中植物的抗逆生理與她所研究的脅迫響應(yīng)機(jī)制存在較高的契合點(diǎn)，在講課時(shí)她經(jīng)常與同學(xué)們分享非生物脅迫和生物脅迫相關(guān)的研究進(jìn)展，也會(huì)把相應(yīng)的科研知識(shí)融入課堂?！斑@些學(xué)科前沿知識(shí)和我自己從事的研究，能更好地激發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)研究領(lǐng)域的興趣，我也會(huì)引導(dǎo)學(xué)生從課本出發(fā)，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)以及更深入的探究?！?/p>
談及未來(lái)科研規(guī)劃，李晶表示：“跨院校、跨專業(yè)的合作不僅推動(dòng)了課題研究的深入突破，更開闊了青年科研工作者的學(xué)術(shù)視野。我將圍繞‘落實(shí)教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要，推動(dòng)學(xué)校事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展’主題主線，以‘實(shí)干創(chuàng)先年’為抓手，繼續(xù)與中科院等單位合作深入研究串聯(lián)激酶對(duì)病原菌抗性的機(jī)理，不斷提升科技創(chuàng)新能力，產(chǎn)出高水平科研成果，同時(shí)進(jìn)一步將科研反哺教學(xué)，持續(xù)提升教學(xué)水平，為培養(yǎng)知農(nóng)愛(ài)農(nóng)新型人才作出積極貢獻(xiàn)，為加快實(shí)現(xiàn)高水平農(nóng)業(yè)科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)智慧和力量?！?/p>
來(lái)源：北京農(nóng)學(xué)院
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