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12月19日，西南大學(xué)最新研究論文《阻斷營(yíng)養(yǎng)：植物細(xì)菌病害防控新途徑》登上了國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》，為防治水稻細(xì)菌性條斑病找到了一個(gè)全新思路——不是直接殺死病菌，而是切斷它的“糧食供應(yīng)鏈”。這項(xiàng)由該校植物保護(hù)學(xué)院王善之研究員團(tuán)隊(duì)完成的研究，破解了水稻細(xì)菌性條斑病菌如何從水稻體內(nèi)“偷取”營(yíng)養(yǎng)，從而危害作物的多年謎題。

水稻細(xì)菌性條斑病，是一種由稻生黃單胞菌（簡(jiǎn)稱Xoc）引起的常見且棘手的水稻病害。該病害在我國(guó)南方稻區(qū)危害嚴(yán)重，能讓水稻葉片布滿黃褐色條斑，嚴(yán)重影響生長(zhǎng)，導(dǎo)致減產(chǎn)。由于缺乏抗病品種，農(nóng)民主要依賴含銅農(nóng)藥來防治。但近年來，病菌產(chǎn)生了抗藥性，而科學(xué)家對(duì)其“作案手法”又了解有限，導(dǎo)致防治越來越難。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，該病菌在侵染水稻時(shí)，其核心致病手段是向植物細(xì)胞內(nèi)分泌一類名為“效應(yīng)蛋白”的毒性蛋白，以幫助細(xì)菌生存繁殖。效應(yīng)蛋白AvrBs2便是其中一員。早在30多年前，它就被確認(rèn)為黃單胞菌致病的關(guān)鍵效應(yīng)蛋白之一，然而其具體的作用機(jī)制長(zhǎng)期未明。

王善之團(tuán)隊(duì)這次終于發(fā)現(xiàn)，AvrBs2其實(shí)是一個(gè)“食物制造機(jī)”。它被病菌注入水稻細(xì)胞后，會(huì)就地取材，合成一種環(huán)狀糖分子——“黃單胞糖”。隨后，這套“偷糧流水線”開始運(yùn)轉(zhuǎn)：首先，AvrBs2在水稻細(xì)胞內(nèi)生產(chǎn)“黃單胞糖”；糖被釋放到細(xì)胞間隙后，病菌外膜上有一個(gè)專門的“運(yùn)輸泵”（XanT）將其吸收進(jìn)自己體內(nèi)；進(jìn)入病菌體內(nèi)后，一種“分解酶”（XanP）會(huì)把黃單胞糖“切碎”成細(xì)菌可以直接吸收利用的營(yíng)養(yǎng)（D-半乳糖-1-磷酸），供其生長(zhǎng)繁殖。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了致病菌Xoc在水稻體內(nèi)建立的一條“合成—轉(zhuǎn)運(yùn)—利用”營(yíng)養(yǎng)通道，通過持續(xù)掠奪宿主養(yǎng)分來維持自身生長(zhǎng)的機(jī)制。王善之解釋道，也就是病菌不是自帶干糧，而是在水稻體內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)開了一個(gè)“食品加工廠”，為自己持續(xù)生產(chǎn)專用口糧，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張和破壞。

如何破解這一“偷糧”流水線？團(tuán)隊(duì)想到了一個(gè)辦法“截胡”。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果在水稻體內(nèi)表達(dá)分解酶XanP，就能降解AvrBs2合成的黃單胞糖，從而切斷病菌的這條營(yíng)養(yǎng)獲取途徑，增強(qiáng)水稻對(duì)該病的抗性。這就好比在小偷的廚房里安插了一個(gè)“食物銷毀員”，糧食剛做出來就被銷毀了。

基于這個(gè)原理，研究團(tuán)隊(duì)提出了“抗黃單胞糖”育種的新思路。這為防治水稻細(xì)菌性條斑病以及其他黃單胞菌引起的作物細(xì)菌病害提供了全新方向，也為未來培育抗病作物品種、減少化學(xué)農(nóng)藥依賴提供了關(guān)鍵的原理支持。

據(jù)了解，王善之研究員是本文的唯一第一作者，并與吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)孫文獻(xiàn)教授、杜克大學(xué)Sheng Yang He院士共同擔(dān)任通訊作者。