破獲水稻病菌“偷糧”流水線 西南大學研究成果登上《科學》

12月19日，西南大學最新研究論文《阻斷營養：植物細菌病害防控新途徑》登上了國際頂級期刊《科學》，為防治水稻細菌性條斑病找到了一個全新思路——不是直接殺死病菌，而是切斷它的“糧食供應鏈”。這項由該校植物保護學院王善之研究員團隊完成的研究，破解了水稻細菌性條斑病菌如何從水稻體內“偷取”營養，從而危害作物的多年謎題。

水稻細菌性條斑病，是一種由稻生黃單胞菌（簡稱Xoc）引起的常見且棘手的水稻病害。該病害在我國南方稻區危害嚴重，能讓水稻葉片布滿黃褐色條斑，嚴重影響生長，導致減產。由于缺乏抗病品種，農民主要依賴含銅農藥來防治。但近年來，病菌產生了抗藥性，而科學家對其“作案手法”又了解有限，導致防治越來越難。

細菌性條斑病田間發病照片。受訪者供圖

科學家發現，該病菌在侵染水稻時，其核心致病手段是向植物細胞內分泌一類名為“效應蛋白”的毒性蛋白，以幫助細菌生存繁殖。效應蛋白AvrBs2便是其中一員。早在30多年前，它就被確認為黃單胞菌致病的關鍵效應蛋白之一，然而其具體的作用機制長期未明。

王善之團隊這次終于發現，AvrBs2其實是一個“食物制造機”。它被病菌注入水稻細胞后，會就地取材，合成一種環狀糖分子——“黃單胞糖”。隨后，這套“偷糧流水線”開始運轉：首先，AvrBs2在水稻細胞內生產“黃單胞糖”；糖被釋放到細胞間隙后，病菌外膜上有一個專門的“運輸泵”（XanT）將其吸收進自己體內；進入病菌體內后，一種“分解酶”（XanP）會把黃單胞糖“切碎”成細菌可以直接吸收利用的營養（D-半乳糖-1-磷酸），供其生長繁殖。

這一發現揭示了致病菌Xoc在水稻體內建立的一條“合成—轉運—利用”營養通道，通過持續掠奪宿主養分來維持自身生長的機制。王善之解釋道，也就是病菌不是自帶干糧，而是在水稻體內現場開了一個“食品加工廠”，為自己持續生產專用口糧，從而實現擴張和破壞。

AvrBs2致病機制和“抗黃單胞糖”抗病育種策略。受訪者供圖

如何破解這一“偷糧”流水線？團隊想到了一個辦法“截胡”。研究人員發現，如果在水稻體內表達分解酶XanP，就能降解AvrBs2合成的黃單胞糖，從而切斷病菌的這條營養獲取途徑，增強水稻對該病的抗性。這就好比在小偷的廚房里安插了一個“食物銷毀員”，糧食剛做出來就被銷毀了。

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

據了解，王善之研究員是本文的唯一第一作者，并與吉林農業大學孫文獻教授、杜克大學Sheng Yang He院士共同擔任通訊作者。

編輯｜李紫來 審核｜趙允

來源｜科技日報 作者｜雍黎