12月18日，《科學(xué)》發(fā)表了一項題為A bacterial nutrition strategy for plant disease control（阻斷營養(yǎng)：植物細菌病害防控新途徑）的研究論文，首次完整闡明了黃單胞菌利用一種名為AvrBs2的效應(yīng)蛋白，從植物體內(nèi)竊取營養(yǎng)的全新致病機制，并基于這一發(fā)現(xiàn)，開發(fā)出一種有望廣泛應(yīng)用于多種作物病害防治的“抗?fàn)I養(yǎng)”策略。該論文的通訊作者為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)孫文獻教授、杜克大學(xué)何勝洋教授和西南大學(xué)研究員王善之。 澳門一肖一碼精準100王中王
病菌的秘密武器：迫使宿主為自己“做外賣”
黃單胞菌是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一大危害，能引起水稻白葉枯病、柑橘潰瘍病、番茄細菌性斑點病等多種毀滅性病害。數(shù)十年來，科學(xué)家們知道一個名為AvrBs2的細菌蛋白是黃單胞菌致病的關(guān)鍵，但其具體生化功能和致病機制自1990年被發(fā)現(xiàn)以來，三十多年間一直未被闡明。
細菌性條斑病田間發(fā)病照片｜圖源：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院
這項最新研究揭開了謎底。研究團隊發(fā)現(xiàn)，AvrBs2蛋白并非傳統(tǒng)認知中的破壞分子，而是一位巧妙的“廚師”。當(dāng)細菌感染植物時，它會通過特定的分泌系統(tǒng)將AvrBs2蛋白“注射”到植物細胞內(nèi)。
在植物細胞內(nèi)部，AvrBs2利用植物體內(nèi)的尿苷二磷酸-α-D-半乳糖（合成細胞壁的一種原料），催化合成一種全新的化合物。研究人員將其命名為黃原聚糖。這可以說是細菌利用植物原料定制的“一份外賣”。
覓食流水線：合成、運輸、消化一條龍
細菌的謀略遠不止于此。研究團隊發(fā)現(xiàn)，與AvrBs2基因相鄰的兩個基因也扮演著關(guān)鍵角色。
XanT是外賣員。它是一種位于細菌外膜的轉(zhuǎn)運蛋白，負責(zé)將AvrBs2合成的黃原聚糖，撈回細菌體內(nèi)。
XanP則是消化專員，能將撈進來的黃原聚糖一步步水解，最終分解成細菌可以直接吸收利用的營養(yǎng)（半乳糖-1-磷酸）。
至此，一條“合成-攝取-利用”的完整通路浮出水面：AvrBs2（在植物細胞內(nèi)合成食物）→ 黃原聚糖（被釋放到細胞間隙）→ XanT（將食物運進細菌）→ XanP（在細菌內(nèi)消化食物），為病菌在宿主植物體內(nèi)建立了一個專屬性的外部營養(yǎng)供應(yīng)線，成為其成功定殖和致病的關(guān)鍵。
黃單胞菌利用AvrBs2-XanT-XanP獲取黃單胞糖的機制
“反偷吃”妙計：讓植物自帶消化酶
既然弄清了病菌靠“偷吃”生存，那么，能否打斷這條“食物鏈”來防治病害呢？
研究團隊并未止步于機理闡述，基于對機制的深刻理解，創(chuàng)新性地提出了“抗?fàn)I養(yǎng)”防治策略。通過讓植物表達病菌的消化酶（XanP），在體內(nèi)提前降解黃原聚糖，從而“餓死”病菌。
他們將細菌的XanP基因轉(zhuǎn)入水稻中，當(dāng)病菌入侵、試圖合成它的黃原聚糖時，植物自己就能立刻啟動XanP，把這份“外賣”提前降解掉。
研究團隊提出的“抗黃單胞糖”策略
這個策略非常有效。轉(zhuǎn)入了有活性的XanP基因的水稻，在感染黃單胞菌后，體內(nèi)積累的黃原聚糖顯著減少，病害癥狀也明顯減輕，展現(xiàn)出廣譜的抗病性。而轉(zhuǎn)入失去酶活性的XanP突變基因的水稻則沒有這種效果。
抗黃原聚糖策略顯著增強水稻抗病性：表達有活性XanP的轉(zhuǎn)基因水稻在遭受病菌侵害后，病害嚴重程度顯著低于普通水稻，且體內(nèi)積累的黃原聚糖也少得多，直觀證明了該策略的有效性。
更重要的是，這種抗病性并未以犧牲水稻的生長和產(chǎn)量為代價，轉(zhuǎn)基因水稻的主要農(nóng)藝性狀和種子代謝譜與普通水稻相比沒有顯著差異。
對抗多種細菌病害的綠色武器
這項研究不僅解答了一個長期存在的病原菌致病機理問題，更重要的是，它將基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為了一個具有實際應(yīng)用潛力的植物保護策略。
這套“偷吃”系統(tǒng)在多種黃單胞菌中都高度相似，因此，這種“抗黃原聚糖”策略有望經(jīng)過開發(fā)，用于防治多種作物病害，例如辣椒和番茄的細菌性斑點病、木薯細菌性萎蔫病、柑橘潰瘍病以及麥類細菌性條斑病等，為未來研發(fā)高效、環(huán)保的綠色農(nóng)藥提供了全新的理論框架和技術(shù)路徑。
編輯：郭郭
論文信息
發(fā)布期刊 Science 澳門一肖一碼100準免費資料
發(fā)布時間 2025年12月18日
論文標題 A bacterial nutrition strategy for plant disease control
(DOI：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ady8325）