2019年4月5日,Science在線發表了清華大學柴繼傑團隊、中國科學院遺傳與發育生物學研究所周儉民團隊和清華大學王宏偉團隊合作完成的題為Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity 的兩篇長文,首次報道了植物中由抗病蛋白組成的抗病小體(resistosome)並解析了其處於抑制狀態、中間狀態及五聚體活化狀態的冷凍電鏡結構,從而揭示了抗病蛋白管控和激活的核心分子機制。該研究是植物免疫領域的重大突破,國內外同行都給予了高度評價(關於該研究的詳細報道請點擊查看專家點評Science背靠背 | 植物免疫領域重大突破!柴繼傑/周儉民/王宏偉合作團隊首次發現植物抗病小體 和 顏寧點評Science丨柴繼傑/周儉民/王宏偉合作團隊在植物免疫研究領域取得重大突破)。

BioArt有幸採訪了兩篇 Science 論文的第一作者王繼縱博士,請王博士和我們分享了一些科研心得和研究歷程。

照片:王繼縱 博士

BioArt:王博士你好,謝謝接受我們的採訪。首先我代表BioArt編輯部對你們兩篇Science論文的發表表示祝賀。首先,請你簡要的談談這項工作的意義。

王繼縱謝謝!植物免疫系統的核心是數目眾多的抗病蛋白,雖然抗病蛋白被發現及在植物育種中大量應用已有二十多年,但人們對其發揮作用的分子機制仍不清楚,核心問題是抗病蛋白具有強大的免疫反應動員能力,對植物細胞自身和病原生物均具有殺傷力,正常情況下應處於關閉狀態;而一旦受到病原侵染,就要被迅速激活,將少數受感染的植物細胞連同病菌一起殺死。但是,人們並不知道抗病蛋白的活性是如何被控制的,也不知道抗病蛋白被活化後如何開啟免疫反應。而我們的這兩篇文章就分別回答了以上兩個問題,具體闡釋了抗病蛋白由抑制狀態到識別-啟動狀態再到最後的激活狀態的分子機制。

BioArt:我們關注到,論文在線發表後國內外同行對該研究都給與了高度評價。請你談談論文正式發表後你是怎樣的一個心情?

王繼縱:論文正式發表並被同行認可,我的內心非常激動和喜悅,同時感恩全部合作團隊的共同努力,也非常感謝同行的好評。

BioArt:我們了解到柴繼傑老師從2004年就開始了植物抗病蛋白的研究,請問你是從什麼時候開始參與該課題的?

王繼縱:我2011年博士研究生(直博)一年級時就開始了植物抗病蛋白的研究,雖然知道這是實驗室多年來不曾攻克的難題,但我還是決心一試。

BioArt:請你談談在該研究中遇到最大的挑戰是什麼?最後是如何解決的?

王繼縱最大挑戰應該是如何獲得高純度的激活狀態的抗病蛋白,也就是抗病小體。一方面根據基於植物細胞重組激活抗病蛋白的文獻研究和動物NLR組裝炎症小體的經驗,我們在表達系統里共轉病原菌蛋白、誘餌蛋白和抗病蛋白,獲得的可能的抗病小體量少而且純度很差,被大量的不規則聚集體摻雜,這也側面反映了抗病小體分子機器的穩定性不高,共轉這條路走不通之後我們轉向體外重組,也就是將病原菌蛋白、誘餌蛋白和抗病蛋白單獨純化再複合到一起,但我們卻只拿到了三者的單體複合物,也就是我們現在稱謂的「識別-啟動」狀態。後來將其結構解析,對比抑制狀態結構,我們發現了抗病蛋白核酸結合結構域(也就是結合ADP這一抑制核心的結構域)發生了偏轉,這給我們強烈的啟示就是需要有第二步核酸交換才能激活抗病蛋白,經過幾次篩選和摸索,我們發現了dATP/ATP能很好誘導「識別-啟動」複合物的寡聚,通過體外重組獲得量大且純度高的抗病小體。

BioArt:這是一項具有挑戰性的工作。中途有沒有放棄過的想法?

王繼縱我博一上學期(2011年)和2012年這一年半時間裡,在全面學習師兄師姐的研究經驗之後,我開始了抗病蛋白抑制狀態的結晶攻關工作,除了常規的溫度控制、蛋白片段優化、限制性酶切和原位酶切結晶等方法,記得那時我自己配置了幾千種結晶溶液,嘗試減緩因為抗病蛋白的極度不穩定而對結晶溶液里的沉澱劑過度敏感的不可逆沉澱問題,但多種嘗試都沒有得到理想的效果。2013年-2014年這兩年時間裡,我繼續進行抗病蛋白的研究對象篩選工作,期望得到能夠結晶的抑制狀態的抗病蛋白;但這兩年里我主要完成了博士畢業研究課題,相關成果也在2015年以第一一作的身份發表在Nature雜誌。這兩年應該是我對抗病蛋白研究感覺最渺茫的一段時間,但這兩年中也還是有很大的收穫,就是2013年底成功表達了ZAR1這個抗病蛋白,雖然經歷了2014年結晶實驗的不理想和激活實驗的不成功,但到2015年時,隨著周儉民老師對於ZAR1新功能研究的發表和清華大學電鏡平台的進一步完善,我開始再次對抗病蛋白的研究重拾信心。2016年和2017年,我逐步攻克了抗病蛋白不同狀態的純化和重組問題,直到2018年初,所有結構都被解析。

BioArt:你認為哪些因素是該研究成功的關鍵?

王繼縱個人方面的勤奮是其中的一個關鍵因素,另外就是要敢於挑戰和勇于堅持;合作也是其中的關鍵因素:周儉民老師對於ZAR1抗病蛋白新的病原菌感應通路的研究是ZAR1能夠成功激活的前提條件,王宏偉老師對於使用相位板技術解析小分子量蛋白質的結構方面經驗豐富,這為小分子量抑制狀態抗病蛋白的高解析度結構解析提供很大幫助;當然,完備的清華大學冷凍電鏡平台也是該項研究成功的關鍵。

BioArt:現在很多博士畢業生面臨著直接找職位還是從事博士後研究工作的選擇。請問你是博士畢業後直接開始博士後研究工作的嗎?你對即將從事博士後工作的博士畢業生有沒有什麼建議?

王繼縱是的,我是2016年博士畢業之後直接開始了博士後研究工作,也就是重新開始對植物抗病蛋白的研究。我的建議就是:首先就是在面對要解決的研究課題,要仔細分析其研究思路併合理規劃研究計劃,並在以後的實驗執行階段根據結果不斷優化思路和計劃,也就思考和行動(實驗)不斷結合,互相完善;其次就是實驗階段要為每一個實驗預留充足的時間和精力,無論其時間跨度有多大,保證每一個實驗結果準確性。

BioArt:能談一下你的合作導師柴繼傑教授嗎?

王繼縱柴老師對我有知遇之恩,帶我進入結構生物學領域去看待和解決生物學問題;柴老師多年來對我的科學指導,讓我得到系統的科研訓練,為今後的科研生涯打下堅實的基礎;柴老師對科學研究的極大熱情和嚴謹的學術作風更讓我深受感觸和啟發,會激勵我不斷前行。

BioArt:能談談對科研的理解和感悟嗎?

王繼縱我對科研的理解:最基本的科研是在自己喜歡和感興趣的領域堅持不懈地、勤奮努力地去探究每一個領域內的細節。但有創新性和啟示意義的科學發現是每個科研工作者的嚮往,但這往往需要正確的機遇,當然這些機遇也是基於自己對這一領域的全局性的深入了解和把握,才能使機會更傾向於你。所以對於科研發現,機會運氣和勤奮努力相輔相成,可以相互解釋。了解的多、了解的深入,然後勤奮努力去嘗試、去探索,最後終有收穫。

我的感悟就是做科研需要平心靜氣的態度,冷靜銳利的思考方式和百折不撓的堅持。做科學研究本身是一件探索未知領域,揭開神秘事物面紗的過程。在這個發現的過程中必然不會是一帆風順可以預期的結果,這個過程會是充滿荊棘困難參雜著失望,但是當你碰觸到事物本質真理的那一刻,滿腹成功的喜悅是無可替代的歡樂。

BioArt:我想你會繼續從事研究工作,今後有何打算?

王繼縱是的,我會繼續從事科學研究,目前的打算是出國曆練,多了解一些不同研究方向里的研究思路和技術。

BioArt:再次感謝王博士接受我們的採訪。最後祝你在科研的道路上越走越好,期待你今後取得更多的創新成果。

王繼縱非常感謝BioArt的關注,也祝願BioArt能在科研推廣的道路上有更大的影響力。


王繼縱簡介:

王繼縱,博士,2011年本科畢業於中國海洋大學,2016年博士畢業於清華大學。在Nature、Science 等期刊發表多篇論文。曾獲得國家自然科學基金「青年科學基金」;中國博士後基金會特別資助;中國博士後基金會面上資助一等資助;河南省科學技術進步獎一等獎;第21屆清華大學「學術新秀」;北京市優秀畢業生;清華-北大生命聯合中心生命科學研究獎一等獎;博士研究生國家獎學金; 「拜耳」科學研究一等獎學金;山東省優秀畢業生;中國海洋大學優秀畢業生。

《BioArt人物》專欄現正式開通,往後會有更多高質量的人物訪談類的文章,歡迎關注。


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