2025年第190期 總第2340期

▲論文發(fā)表頁面截圖

2025年12月19日，西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院王善之研究員團(tuán)隊(duì)在國際頂級期刊《科學(xué)》（Science）上發(fā)表了題為《阻斷營養(yǎng)供給：植物細(xì)菌病害防控的新路徑》（"A bacterial nutrition strategy for plant disease control"）的研究論文。這項(xiàng)研究首次揭示了植物病原細(xì)菌從寄主組織獲取特異性營養(yǎng)物質(zhì)的全新機(jī)制，為水稻病害防控開辟了新方向。

水稻細(xì)菌性條斑病是由稻生黃單胞菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，簡稱Xoc）引發(fā)的水稻病害，在我國南方稻區(qū)高發(fā)。該病害會導(dǎo)致水稻葉片出現(xiàn)黃褐色壞死條斑，嚴(yán)重影響植株光合作用和生長發(fā)育，造成顯著產(chǎn)量損失。由于水稻品種普遍缺乏天然抗性、病害傳播速度快，且化學(xué)農(nóng)藥防控面臨抗藥性菌株增多的問題，該病已成為威脅我國水稻安全生產(chǎn)的重要因素。此前，科研人員對其致病機(jī)制的了解有限，也未成功克隆出有效的抗病基因，這極大限制了抗病品種的培育進(jìn)程。

▲細(xì)菌性條斑病田間發(fā)病照片

研究表明，Xoc在侵染水稻時，會向植物細(xì)胞內(nèi)分泌一類名為“效應(yīng)蛋白”的毒性蛋白，以促進(jìn)自身在寄主體內(nèi)的生存與繁殖。其中，效應(yīng)蛋白AvrBs2早在30多年前就被認(rèn)定為黃單胞菌致病的關(guān)鍵效應(yīng)蛋白之一，但長期以來，其具體作用機(jī)制一直是未解之謎。

王善之研究員團(tuán)隊(duì)的最新研究破解了這一難題。他們發(fā)現(xiàn)，AvrBs2并非傳統(tǒng)意義上的毒性蛋白，而是一種特殊的“營養(yǎng)合成酶”。當(dāng)Xoc侵染水稻時，會將AvrBs2釋放到寄主細(xì)胞內(nèi)，該酶能催化合成一種環(huán)狀糖類物質(zhì)，研究人員將其命名為“黃單胞糖”。隨后，黃單胞糖會被釋放到寄主細(xì)胞外，而位于水稻葉肉細(xì)胞間隙的Xoc則能通過其細(xì)胞外膜上的運(yùn)輸?shù)鞍譞anT，將黃單胞糖吸收到細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)。進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后，胞內(nèi)的分解酶XanP會將黃單胞糖水解為D-半乳糖-1-磷酸——這是一種可直接被細(xì)菌利用的營養(yǎng)物質(zhì)，從而為細(xì)菌的生長繁殖提供能量支持。這一發(fā)現(xiàn)清晰揭示了Xoc在水稻體內(nèi)構(gòu)建的“合成—轉(zhuǎn)運(yùn)—利用”營養(yǎng)獲取通道，即通過在寄主體內(nèi)合成專屬營養(yǎng)物質(zhì)并循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)對宿主養(yǎng)分的持續(xù)掠奪，進(jìn)而維持自身生長的致病機(jī)制。

▲ AvrBs2致病機(jī)制和“抗黃單胞糖”抗病育種策略

基于這一機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)提出了全新的防控思路：如果在水稻體內(nèi)表達(dá)分解酶XanP，就能在黃單胞糖被Xoc吸收前將其降解，從而切斷病菌的營養(yǎng)供給通道，有效抑制病菌生長，增強(qiáng)水稻對細(xì)菌性條斑病的抗性。這種“抗黃單胞糖”的育種策略不僅為水稻細(xì)菌性條斑病的防控提供了新方法，還為其他由黃單胞菌引起的作物細(xì)菌病害的防治提供了重要參考。

在這項(xiàng)研究中，王善之研究員是唯一第一作者，并與吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)孫文獻(xiàn)教授、美國杜克大學(xué)Sheng Yang He院士共同擔(dān)任通訊作者。西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的碩士研究生吳文藝、胡徐和李炫也參與了相關(guān)研究工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、西南大學(xué)人才引進(jìn)專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。值得一提的是，王善之研究員是西南大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院2022年引進(jìn)的含弘研究員，此項(xiàng)成果的發(fā)表，是學(xué)校近年來加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)、推動高水平科研創(chuàng)新取得的重要成果之一。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ady8325

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原標(biāo)題：《Science重磅！西南大學(xué)解鎖水稻病害防控新方案！》

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