强！中国农业大学，一周内再发Science！

北京时间12月19日，中国农业大学植物保护学院教授孙文献团队与国内外单位合作，在国际顶级学术期刊《科学》（Science）上发表题为“A bacterial nutrition strategy for plant disease control”（阻断营养：植物细菌病害防控新途径）的研究论文。研究团队成功揭示了水稻细菌性条斑病菌将寄主细胞内的半乳糖转化为一种独特结构的磷酸糖酯化合物 “黄单胞糖”， 并作为专用营养供给病原菌增殖的分子机制。基于该发现，该团队开创性地提出了“抗黄单胞糖 ”的育种策略，为防治多种重要作物细菌性病害提供了新途径。

黄单胞菌可在水稻、柑橘、番茄、辣椒等400多种作物上引起细菌性病害，是一类危害全球农业生产的重要植物病原细菌。其中，稻生黄单胞菌条斑致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzicola，简称Xoc）在水稻上引起严重的细菌性条斑病；由于缺乏有效的抗病基因，该病害在我国多个稻区发生，防控尤为困难，被列为我国重要的作物检疫性病害。孙文献团队多年以来围绕该病的发生机制开展了系列研究。

细菌性条斑病田间发病照片

大量研究证实，黄单胞菌主要利用三型效应蛋白作为核心致病因子，帮助病原菌在寄主组织内成功定殖，引起作物发病。其中，效应蛋白AvrBs2在黄单胞菌中高度保守，是对细菌致病力贡献最大的毒性因子之一。然而自1990年被发现以来，AvrBs2毒力的分子机制一直是个未解之谜。孙文献团队通过长达十多年攻关，首次揭开了AvrBs2的“真面目”。研究发现，Xoc的AvrBs2是一种磷酸糖酯合成酶。它利用植物细胞内的尿苷二磷酸-α-D-半乳糖作为底物，催化合成一种名为“黄单胞糖”的环二半乳糖磷酸二酯化合物。借助植物中的糖转运系统，黄单胞糖被运输到植物细胞间隙。随后，细菌通过其外膜上的转运蛋白XanT，将黄单胞糖吸收到细胞内；再通过体内的磷酸二酯酶XanP将其水解为半乳糖-1-磷酸，进行代谢利用，供给细菌生长繁殖。研究还发现，黄单胞糖是一种黄单胞菌的专属营养物质，不能被植物分解代谢。该研究阐明了Xoc利用AvrBs2-XanT-XanP共同构成一个完整的糖磷脂化合物的“合成-摄取-利用””系统，为黄单胞菌在寄主体内开辟了一条专属的“营养供给线”。

Xoc利用AvrBs2-XanT-XanP获取黄单胞糖的机制（左）和“抗黄单胞糖”策略（右）

基于这一基础理论突破，该研究提出了一个极具应用潜力的病害防控新策略——“抗营养”策略。研究团队发现，表达磷酸二酯酶XanP的转基因水稻，Xoc侵染时，能够大幅减少黄单胞糖在体内的累积，对细菌性条斑病的抗性显著提高。尤为重要的是，XanP高度的底物特异性，使得转基因水稻并未显示出明显的农艺性状和代谢组变化，具有良好的应用前景。

该研究不仅破解了困扰植物病理学界数十年的谜题，深化了人们对病原菌与寄主相互作用复杂性的理解，更展示了从基础研究到应用创新的完整闭环。所开发的“抗营养”策略，有望广泛应用于由不同黄单胞菌引起的多种重要病害的防控，如辣椒和番茄的细菌性斑点病、木薯细菌性枯萎病、柑橘溃疡病以及麦类细菌性条斑病等，为绿色、可持续的植物病害防控提供了全新的解决方案和坚实的科学基础。

中国农业大学植物保护学院为该论文的第一完成单位；孙文献团队博士后王善之（已出站，现为西南大学含弘研究员）为论文第一作者；孙文献、杜克大学教授Sheng Yang He和王善之为共同通讯作者。我校植保学院教授刘志龙和实验师戚琳璐、农学院教授金危危、理学院教授王明安、吉林大学教授罗招庆、加州大学教授Brian Staskawicz、杜克大学教授Pei Zhou，韩国首尔大学教授Yong-Hwan Lee等参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

来源 | 植保学院

编辑 | 马文冉

审校 | 杨雨睿 尚怡彤

责编 | 范晨辉 姜萍萍