破获水稻病菌“偷粮”流水线 西南大学研究成果登上《科学》

12月19日，西南大学最新研究论文《阻断营养：植物细菌病害防控新途径》登上了国际顶级期刊《科学》，为防治水稻细菌性条斑病找到了一个全新思路——不是直接杀死病菌，而是切断它的“粮食供应链”。这项由该校植物保护学院王善之研究员团队完成的研究，破解了水稻细菌性条斑病菌如何从水稻体内“偷取”营养，从而危害作物的多年谜题。

水稻细菌性条斑病，是一种由稻生黄单胞菌（简称Xoc）引起的常见且棘手的水稻病害。该病害在我国南方稻区危害严重，能让水稻叶片布满黄褐色条斑，严重影响生长，导致减产。由于缺乏抗病品种，农民主要依赖含铜农药来防治。但近年来，病菌产生了抗药性，而科学家对其“作案手法”又了解有限，导致防治越来越难。

细菌性条斑病田间发病照片。受访者供图

科学家发现，该病菌在侵染水稻时，其核心致病手段是向植物细胞内分泌一类名为“效应蛋白”的毒性蛋白，以帮助细菌生存繁殖。效应蛋白AvrBs2便是其中一员。早在30多年前，它就被确认为黄单胞菌致病的关键效应蛋白之一，然而其具体的作用机制长期未明。

王善之团队这次终于发现，AvrBs2其实是一个“食物制造机”。它被病菌注入水稻细胞后，会就地取材，合成一种环状糖分子——“黄单胞糖”。随后，这套“偷粮流水线”开始运转：首先，AvrBs2在水稻细胞内生产“黄单胞糖”；糖被释放到细胞间隙后，病菌外膜上有一个专门的“运输泵”（XanT）将其吸收进自己体内；进入病菌体内后，一种“分解酶”（XanP）会把黄单胞糖“切碎”成细菌可以直接吸收利用的营养（D-半乳糖-1-磷酸），供其生长繁殖。

这一发现揭示了致病菌Xoc在水稻体内建立的一条“合成—转运—利用”营养通道，通过持续掠夺宿主养分来维持自身生长的机制。王善之解释道，也就是病菌不是自带干粮，而是在水稻体内现场开了一个“食品加工厂”，为自己持续生产专用口粮，从而实现扩张和破坏。

AvrBs2致病机制和“抗黄单胞糖”抗病育种策略。受访者供图

如何破解这一“偷粮”流水线？团队想到了一个办法“截胡”。研究人员发现，如果在水稻体内表达分解酶XanP，就能降解AvrBs2合成的黄单胞糖，从而切断病菌的这条营养获取途径，增强水稻对该病的抗性。这就好比在小偷的厨房里安插了一个“食物销毁员”，粮食刚做出来就被销毁了。

基于这个原理，研究团队提出了“抗黄单胞糖”育种的新思路。这为防治水稻细菌性条斑病以及其他黄单胞菌引起的作物细菌病害提供了全新方向，也为未来培育抗病作物品种、减少化学农药依赖提供了关键的原理支持。

据了解，王善之研究员是本文的唯一第一作者，并与吉林农业大学孙文献教授、杜克大学Sheng Yang He院士共同担任通讯作者。

编辑｜李紫来 审核｜赵允

来源｜科技日报 作者｜雍黎