中国农大再发《Science》

近日，中国农业大学植物保护学院孙文献教授团队与国内外单位合作，在《Science》期刊上发表题为“A bacterial nutrition strategy for plant disease control”的研究成果。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。

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（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。