西湖大学讲席教授柴继杰获2023未来科学大奖 一位造纸厂助工的“长跑”
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8月16日上午，2023未来科学大奖名单揭晓。
西湖大学植物免疫学讲席教授柴继杰荣获三项大奖之一的“生命科学奖”。与他一同分享这个奖项的，是中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员周俭民，两人在植物免疫上的研究合作，跨度将近20年。未来科学大奖，是中国首个非官方、非营利的科学奖项，由科学家和企业家群体共同发起，有着“中国诺贝尔奖”的美称。颁奖词写道：“奖励他们为发现抗病小体并阐明其结构和在抗植物病虫害中的功能做出的开创性工作。”35年前，柴继杰还是丹东鸭绿江造纸厂的一名助理工程师，6年前，他已经成为中国大陆首位获得“德国洪堡教席奖”的科学家。在外人眼里，柴继杰的科研道路有一丝传奇色彩，现如今拿下又一个大奖，让人对这位西湖大学新成员的好奇拉到了满格。对科研而言，笃信和坚持比什么都重要国际著名植物抗病专家李昕等人曾在《植物学报》上对柴继杰团队这项获奖研究发表专文评述，认为它“开启防御之门”，是植物免疫研究的里程碑事件。仅2022年，柴继杰团队就在国际顶级学术期刊Cell、Nature、Science发表了6篇关于植物免疫的研究论文，这一系列成果在植物免疫和抗病研究中取得重大突破。“我们为此准备了近20年。”柴继杰说。他把3D打印的抗病小体模型小心地收藏在办公室的玻璃柜里，为记者讲解的时候拿出来捧在手上，眼前这个黄色小花一样的物体，正蕴藏着破译植物免疫的密码。对一个蛋白质而言，如何发挥作用和它的结构息息相关。作为一名杰出的结构生物学家，在微小的生命单位内，柴继杰通过解析蛋白分子结构洞悉生命发生发展的规律。“以结构作为一种手段来解决生物问题”，柴继杰说，这是他的导师施一公教授给结构生物学下的定义，也是他解决生物问题的一把利剑。这20年里，柴继杰主攻的植物免疫大致分成两个层面。细胞膜上，由膜表面识别受体（PRRs）直接识别病原体，包括受体激酶和受体蛋白两种；细胞内，由核苷酸结合和富含亮氨酸重复序列受体（NLRs），识别病原体的效应因子，从而引发免疫效应。2013年前后，柴继杰团队在PRRs领域的研究已经取得多项突破，而对于胞内NLRs抗病蛋白的研究，受限于当时各方面技术条件，他们经历了一个漫长的“前夜”。抗病蛋白的结构解析是其理论研究的一个重要瓶颈。柴继杰团队2004年就开始聚焦于此，但是抗病蛋白的构成复杂、分子量大且构象多变，对解析其结构带来了极大困难。自国际上首次鉴定到抗病蛋白以来，25年间，多个国际顶尖实验室均未能纯化出可供结构分析的全长抗病蛋白。突破从来不是偶然。柴继杰团队进行的动物炎症小体结构研究与植物抗病蛋白具有诸多相似性，这为解析植物抗病蛋白结构积累了宝贵经验。“它们在一级结构上具有相似性，所以很多人会默认二者在生化功能上也是一样的，而实际并非如此。”他们首先发现了抗病小体，并根据解析的抗病小体电镜结构，提出了离子通道模型。后来的实验证明，抗病小体确实可以抵达细胞膜，形成钙离子通道，进而引发后续的免疫反应。20年的探索，近10年的沉寂，这是怎么做到的？“对科研而言，笃信和坚持比什么都重要。”柴继杰说。“你看到最顶端的凸起了吗？”柴继杰又举起手中的抗病小体模型，实际上是它给了团队灵感，“当时我们并不知道它的确切功能，但是我们笃信自然选择的智慧，进化到这个程度，大自然为它保留这些，肯定有它的道理。”以植物之名，赋予生命更坚强的后盾植物可以说是人类文明的基石之一，特别是农作物。柴继杰经常提起爱尔兰大饥荒，1845年到1850年，爱尔兰人口锐减了四分之一，起因就是晚疫病菌造成的马铃薯腐烂。可人类对植物免疫知之甚少。实际上，它们和人类一样拥有着一套复杂的生物防御系统，可以识别和应对各种外来病原体的侵袭。仅仅是在细胞膜上，就有很多蛋白质肩负着对抗病原体的任务，它们像一个个哨兵，守卫着植物健康生长。在生物学家眼里，植物这套“攻防”策略，其实是一种生物学信号传导机制。信号的传导引起一系列的反应，从而让植物产生化学物质来抵抗外部病原体的侵染。在过去的几年中，柴继杰团队在NLR信号机制的阐明中取得了重大进展。“病原体来了之后，植物作为宿主会产生信号，继而引起一系列反应，现在我们知道NLR产生了这个信号，并且传导汇聚于钙离子。”柴继杰说，解决NLR激活的钙离子信号如何解码的问题将是进一步剖析NLR信号的关键步骤。植物只有先天免疫，这是一种极其精微的调控。免疫不仅仅是“增强”就够了，它讲究的就是“合适”。如果产生反应的时机不对，或是反应过激都会对植物本身造成负面影响，柴继杰时常感慨大自然幽微又无穷的力量，“我们希望能够介入植物免疫系统的调控，让它们在合适的时间做出强度合适的反应。”各种农作物病虫害，严重威胁农业生产。在保护作物的同时，减少化学农药的施用，是农业生产者和科学家面临的一道难题，而解决这一问题的关键，就存在于植物数目众多的抗病蛋白中。柴继杰举了个例子，在水稻中，大概有450至500个NLR受体，3万个基因中有近500个这样的受体，这足以说明它在植物免疫中的重要作用。加入西湖大学后，柴继杰马不停蹄地组建植物免疫信号传导实验室，继续植物免疫受体的结构和生化研究，探索植物抗病的新方法。他说，西湖大学、西湖实验室和他理想中的科研环境很接近。这里提供了一个自由的、宽松的研究环境，我们能更专注地进行科研探索。“总而言之，我和‘西湖’哪儿哪儿都合适。”在微观世界阐明植物的抗病和免疫机制之后，柴继杰和团队行至“下游”，未来，他们想通过抗病蛋白高分辨结构和作用机制的解析，设计出具有广谱、持久抗性的新型抗病蛋白，找到新的病虫害防控手段。亿万年的自然进化中，免疫系统一直帮助植物抵抗着那些微小却又致命的危险，而这群人，以植物之名，赋予生命更坚强的后盾。
西湖大学植物免疫学讲席教授柴继杰荣获三项大奖之一的“生命科学奖”。与他一同分享这个奖项的，是中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员周俭民，两人在植物免疫上的研究合作，跨度将近20年。未来科学大奖，是中国首个非官方、非营利的科学奖项，由科学家和企业家群体共同发起，有着“中国诺贝尔奖”的美称。颁奖词写道：“奖励他们为发现抗病小体并阐明其结构和在抗植物病虫害中的功能做出的开创性工作。”35年前，柴继杰还是丹东鸭绿江造纸厂的一名助理工程师，6年前，他已经成为中国大陆首位获得“德国洪堡教席奖”的科学家。在外人眼里，柴继杰的科研道路有一丝传奇色彩，现如今拿下又一个大奖，让人对这位西湖大学新成员的好奇拉到了满格。对科研而言，笃信和坚持比什么都重要国际著名植物抗病专家李昕等人曾在《植物学报》上对柴继杰团队这项获奖研究发表专文评述，认为它“开启防御之门”，是植物免疫研究的里程碑事件。仅2022年，柴继杰团队就在国际顶级学术期刊Cell、Nature、Science发表了6篇关于植物免疫的研究论文，这一系列成果在植物免疫和抗病研究中取得重大突破。“我们为此准备了近20年。”柴继杰说。他把3D打印的抗病小体模型小心地收藏在办公室的玻璃柜里，为记者讲解的时候拿出来捧在手上，眼前这个黄色小花一样的物体，正蕴藏着破译植物免疫的密码。对一个蛋白质而言，如何发挥作用和它的结构息息相关。作为一名杰出的结构生物学家，在微小的生命单位内，柴继杰通过解析蛋白分子结构洞悉生命发生发展的规律。“以结构作为一种手段来解决生物问题”，柴继杰说，这是他的导师施一公教授给结构生物学下的定义，也是他解决生物问题的一把利剑。这20年里，柴继杰主攻的植物免疫大致分成两个层面。细胞膜上，由膜表面识别受体（PRRs）直接识别病原体，包括受体激酶和受体蛋白两种；细胞内，由核苷酸结合和富含亮氨酸重复序列受体（NLRs），识别病原体的效应因子，从而引发免疫效应。2013年前后，柴继杰团队在PRRs领域的研究已经取得多项突破，而对于胞内NLRs抗病蛋白的研究，受限于当时各方面技术条件，他们经历了一个漫长的“前夜”。抗病蛋白的结构解析是其理论研究的一个重要瓶颈。柴继杰团队2004年就开始聚焦于此，但是抗病蛋白的构成复杂、分子量大且构象多变，对解析其结构带来了极大困难。自国际上首次鉴定到抗病蛋白以来，25年间，多个国际顶尖实验室均未能纯化出可供结构分析的全长抗病蛋白。突破从来不是偶然。柴继杰团队进行的动物炎症小体结构研究与植物抗病蛋白具有诸多相似性，这为解析植物抗病蛋白结构积累了宝贵经验。“它们在一级结构上具有相似性，所以很多人会默认二者在生化功能上也是一样的，而实际并非如此。”他们首先发现了抗病小体，并根据解析的抗病小体电镜结构，提出了离子通道模型。后来的实验证明，抗病小体确实可以抵达细胞膜，形成钙离子通道，进而引发后续的免疫反应。20年的探索，近10年的沉寂，这是怎么做到的？“对科研而言，笃信和坚持比什么都重要。”柴继杰说。“你看到最顶端的凸起了吗？”柴继杰又举起手中的抗病小体模型，实际上是它给了团队灵感，“当时我们并不知道它的确切功能，但是我们笃信自然选择的智慧，进化到这个程度，大自然为它保留这些，肯定有它的道理。”以植物之名，赋予生命更坚强的后盾植物可以说是人类文明的基石之一，特别是农作物。柴继杰经常提起爱尔兰大饥荒，1845年到1850年，爱尔兰人口锐减了四分之一，起因就是晚疫病菌造成的马铃薯腐烂。可人类对植物免疫知之甚少。实际上，它们和人类一样拥有着一套复杂的生物防御系统，可以识别和应对各种外来病原体的侵袭。仅仅是在细胞膜上，就有很多蛋白质肩负着对抗病原体的任务，它们像一个个哨兵，守卫着植物健康生长。在生物学家眼里，植物这套“攻防”策略，其实是一种生物学信号传导机制。信号的传导引起一系列的反应，从而让植物产生化学物质来抵抗外部病原体的侵染。在过去的几年中，柴继杰团队在NLR信号机制的阐明中取得了重大进展。“病原体来了之后，植物作为宿主会产生信号，继而引起一系列反应，现在我们知道NLR产生了这个信号，并且传导汇聚于钙离子。”柴继杰说，解决NLR激活的钙离子信号如何解码的问题将是进一步剖析NLR信号的关键步骤。植物只有先天免疫，这是一种极其精微的调控。免疫不仅仅是“增强”就够了，它讲究的就是“合适”。如果产生反应的时机不对，或是反应过激都会对植物本身造成负面影响，柴继杰时常感慨大自然幽微又无穷的力量，“我们希望能够介入植物免疫系统的调控，让它们在合适的时间做出强度合适的反应。”各种农作物病虫害，严重威胁农业生产。在保护作物的同时，减少化学农药的施用，是农业生产者和科学家面临的一道难题，而解决这一问题的关键，就存在于植物数目众多的抗病蛋白中。柴继杰举了个例子，在水稻中，大概有450至500个NLR受体，3万个基因中有近500个这样的受体，这足以说明它在植物免疫中的重要作用。加入西湖大学后，柴继杰马不停蹄地组建植物免疫信号传导实验室，继续植物免疫受体的结构和生化研究，探索植物抗病的新方法。他说，西湖大学、西湖实验室和他理想中的科研环境很接近。这里提供了一个自由的、宽松的研究环境，我们能更专注地进行科研探索。“总而言之，我和‘西湖’哪儿哪儿都合适。”在微观世界阐明植物的抗病和免疫机制之后，柴继杰和团队行至“下游”，未来，他们想通过抗病蛋白高分辨结构和作用机制的解析，设计出具有广谱、持久抗性的新型抗病蛋白，找到新的病虫害防控手段。亿万年的自然进化中，免疫系统一直帮助植物抵抗着那些微小却又致命的危险，而这群人，以植物之名，赋予生命更坚强的后盾。
