疫黴菌用「誘餌」擊潰作物「防線」——南京農大在作物疫病發生機制方面獲突破性成果

1月13日，美國《科學》雜誌以研究長文形式在線發表了南京農業大學教授王源超團隊關於作物疫病發生機制的突破性成果。該成果揭示了病原菌攻擊宿主的全新致病機制「誘餌模式」（DECOY），為病害控制提供了重要的新方向。據悉，該期刊每期僅發表兩篇長文。這是南京農業大學植物保護學院近一個月內在《科學》上發表的第二篇突破性研究成果。

該研究發現，疫黴菌在侵染植物早期向胞外分泌糖基水解酶（XEG1）攻擊植物細胞壁，而植物則利用水解酶抑制子（GIP1）抑制其活性；在進化的過程中，病原菌又獲得了XEG1的失活突變體（XLP1），以「誘餌」DECOY的方式，競爭性干擾抑制子GIP1，與XEG1協同攻擊植物的抗病性。

該校植保學院博士馬振川打了個比喻，「XEG1相當於疫黴菌攻擊植物的常規導彈，導彈來了植物會啟用自身的導彈防禦系統GIP1來抑制其攻擊。但有意思的是，疫黴菌會進化出『假彈頭』，即XEG1的失活突變體XLP1，這個假彈頭雖然本身沒有攻擊性，但是它和植物抑制子GIP1的結合能力要高出XEG1約5倍，即假彈頭可以充當『誘餌』，將作物防禦系統的主要『兵力』吸引過去，從而保護真彈頭XEG1『乘虛而入』，攻擊作物導致病害發生。」

該團隊在稍早的研究中還發現，植物能夠利用細胞膜上的受體識別XEG1，啟動基礎水平的抗性，但是病原菌又可以分泌效應子到寄主胞內干擾其抗性。由於糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和細菌中廣泛存在，因此這一發現為開發能誘導植物廣譜抗病性的生物農藥提供了重要的理論基礎。

作為國家傑青、教育部長江學者，農業部傑出人才、大豆體系崗位科學家，王源超在接受《中國科學報》記者採訪時表示，該研究提出了病原菌致病新的概念性理論框架，在動物、植物、人類病原菌中都是第一次發現，對認識生物的協同進化和病害治理有非常重要的價值。

王源超說：「即便是肉眼看不見的病原菌在侵入宿主過程中，也上演著極其複雜和精確的『攻擊、防禦，再攻擊、再防禦』的『軍備競賽』，對這個過程的深入了解是發展安全高效病害控制策略的基礎。」

據了解，疫黴菌引起的作物疫病曾被稱為「植物瘟疫」，是農作物生產中危害非常嚴重的一類病害，19世紀中期曾引起歐洲的馬鈴薯晚疫病大流行，導致150萬人餓死，幾百萬人逃亡美洲和澳洲，這場「愛爾蘭大饑荒」被稱為人類歷史的轉折點。目前已經發現的疫病菌有160多種，能侵染數千種植物，是全球糧食、食品和生態安全的重要威脅。

在我國，由疫黴菌引起的農作物病害每年導致的經濟損失高達上百億元。但由於這類病害具有發病快、變異快、流行快等特點，生產上的防控一直比較困難。南京農業大學的這一研究成果從全新的視角認識了這類病害危害嚴重的分子機理，為實現作物疫病的可持續控制指明了新的方向。

該論文以馬振川為第一作者、王源超為通訊作者。南京農業大學教授鄭小波和董莎萌、美國俄勒岡州立大學教授Brett Tyler等參與了研究。

王源超向《中國科學報》記者介紹，十幾年前，他們發現作物疫病在田間危害非常嚴重，馬鈴薯、大豆等作物品種很容易喪失抗病性，而病原菌又很容易產生對農藥的抗性。因此他們團隊意識到，要開發出疫病的有效控制方法，必須深入了解病菌是如何造成危害的。在2006年啟動的農業部作物疫病行業科研專項的支持下，他們開展了這項研究，其間也得到了國家自然科學基金委多年持續支持。

據了解，南京農業大學作物疫病研究團隊已有30多年的發展歷史，目前形成了一支包括4名國家傑青和優青，共計9名青年教師和70多名研究生的優秀科研團隊。王源超表示，團隊協作也是該研究能夠比較順利進行下去的另一個重要條件。

近年該團隊承擔了包括國家公益性行業專項、國家產業技術體系和國家自然基金等科研項目50餘項，在包括《科學》《自然-遺傳學》《植物細胞》等雜誌上發表高水平研究論文120多篇，在作物疫病的成災機理和病害防控技術等方面形成了一支有重要國際影響的創新團隊。

《中國科學報》記者了解到，該研究成果對於開發生物農藥、改良植物的抗病性都有很好的利用價值。該團隊的一個小組正在嘗試做下一步的開發利用，包括申請相關國內及國外專利。

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