近日，我校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制：一個非典型的NLR蛋白WTN1（Wheat Tandem NBD 1）與串聯(lián)激酶WTK3協(xié)同識別病原菌的效應(yīng)蛋白激發(fā)免疫反應(yīng)，表現(xiàn)對多種小麥真菌病害的抗性。李晶參與這項科研工作近6年時間，主要承擔(dān)部分生化和分子生物學(xué)實驗，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：“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，在堅持不懈的鉆研里向上生長、靜待收獲。”

解析小麥串聯(lián)激酶類抗病基因的免疫機制

“通俗來講，這項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。”李晶解釋道。

串聯(lián)激酶（Tandem kinase proteins，TKPs）是近年來在小麥和大麥中發(fā)現(xiàn)的一類新型抗病蛋白，由兩個或多個激酶結(jié)構(gòu)域串聯(lián)而成，對條銹、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，具有重要的育種價值。

麥類作物中第一個串聯(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)計奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。有望解決中國小麥主產(chǎn)區(qū)缺乏廣譜抗白粉病基因資源的問題，同時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)機制研究，對生化、分子生物學(xué)實驗比較擅長，也正因這方面的特長加入中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所劉志勇研究員領(lǐng)銜的植物免疫團隊中。此次跨院校合作，也讓她深刻感受到不同專業(yè)交叉融合、團結(jié)協(xié)作的強大力量。

然而，開展實驗的過程并不是一帆風(fēng)順的。小麥和擬南芥在具體的實驗上存在差別，在實驗過程中不能簡單襲用之前的模式。

李晶沒有沮喪，因為她深知“做科研，最重要的就是要沉下心，戒驕戒躁”。李晶查閱了大量文獻，分析和論證方法的不足，并與其他實驗室的研究人員進行多次交流，經(jīng)過多次實驗，逐漸摸索并優(yōu)化了適用于小麥研究的相關(guān)生化實驗方法。

“團隊成員們在科研困境中堅持迎難而上、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和啟發(fā)。”李晶說道。

在課題研究中，因為找不到白粉菌的效應(yīng)蛋白，研究曾一度陷入僵局。大家通過各種方式都在努力尋找著突破點。

終于有一天，團隊負責(zé)人劉志勇研究員在查閱文獻時發(fā)現(xiàn)國外團隊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個氨基酸，而此前已經(jīng)有其他團隊克隆到了麥瘟菌的效應(yīng)蛋白PWT4。團隊便設(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病？是否可以借用麥瘟病的研究系統(tǒng)來研究白粉病的抗性機制？

實驗結(jié)果證明這條路可以走通，團隊利用Rwt4及其對應(yīng)效應(yīng)因子PWT4揭示了串聯(lián)激酶如何監(jiān)測病原菌效應(yīng)因子并激活NLR觸發(fā)免疫反應(yīng)。

李晶說，團隊其他科研工作者們都在科研工作上投入大量精力，這也激勵自己毫不懈怠、持續(xù)前行。“大家工作時間非常長，時時刻刻都在想著實驗，即使是回家以后經(jīng)常打電話與團隊成員討論課題。”

科研成果反哺課堂教學(xué)

“2017年我來到學(xué)校工作，起初由于對課程不太熟悉，要花很多時間去備課、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。”李晶對剛剛走上講臺的那兩年記憶深刻。

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)實驗，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)機制存在較高的契合點，在講課時她經(jīng)常與同學(xué)們分享非生物脅迫和生物脅迫相關(guān)的研究進展，也會把相應(yīng)的科研知識融入課堂。“這些學(xué)科前沿知識和我自己從事的研究，能更好地激發(fā)學(xué)生對相關(guān)研究領(lǐng)域的興趣，我也會引導(dǎo)學(xué)生從課本出發(fā)，開展相關(guān)實驗以及更深入的探究。”

談及未來科研規(guī)劃，李晶表示：“跨院校、跨專業(yè)的合作不僅推動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‘落實教育強國建設(shè)綱要，推動學(xué)校事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展’主題主線，以‘實干創(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)激酶對病原菌抗性的機理，不斷提升科技創(chuàng)新能力，產(chǎn)出高水平科研成果，同時進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)愛農(nóng)新型人才作出積極貢獻，為加快實現(xiàn)高水平農(nóng)業(yè)科技自立自強貢獻智慧和力量。”