“诱饵模式”——新型植物防御系统

编辑|孙洁

“诱饵模式”
——新型植物防御系统

编辑|孙洁

2017年1月12日，南京农业大学教授王源超研究组在国际顶尖学术期刊发表了一项关于作物疫病发生机制的突破性成果，揭示了病原菌攻击宿主的全新致病机制——“诱饵模式”。这是人类首次在更精准的层面认识这类严重危害植物的病原菌分子机理，为改良农作物的持久抗病性提供了新方向。 团队的研究围绕疫霉菌“攻击”和植物“抵抗”的过程与规律而展开，这块曾经在学科领域内被认为不容易出成果的“硬骨头”，如今被这个12个人的团队“啃”了下来。有报告显示，近5年，作物疫病领域发表在影响因子10以上学术杂志的18篇论文中，该团队贡献了5篇。

“我的研究对象是疫霉菌，就是一种病原菌，”他解释，“就像人一样，从婴儿期怎么发育、怎么样侵染植物、怎么样致使植物发病。”由于涉及的大多是植物与病菌相互作用的分子机制，很多学生特别是本科生，觉得课程晦涩枯燥，提不起兴致。王源超介绍，疫霉菌是一类极其特殊的生物，是个冷门，其他模式真菌遗传学的研究手段基本用不上。技术上，国际上还没有启动疫霉菌的基因组测序，所以遗传转化的研究有很大的难度。研究难、见效慢，加之这类病菌一般不会侵染水稻、小麦等作物，申请经费也不容易。

2008年，云南省爆发了大面积的马铃薯晚疫病。受农业部委托，王源超到云南等地考察。马铃薯晚疫病是由疫霉菌引起的一种毁灭性病害，它会导致马铃薯茎叶死亡和块茎腐烂。19世纪40年代，欧洲发生过多次马铃薯晚疫病大流行，马铃薯田大片绝收，上百万人饿死，200多万人流离失所。此后，晚疫病就像是马铃薯的癌症一样从未根绝。在云南省寻甸回族彝族自治县，王源超站到一处山头上，田里的景象让他惊呆了，“就像大火烧焦过的一样惨不忍睹。”他看到，当地彝族、哈尼族的老百姓背着竹筐刨地，扒出来的马铃薯很多都被晚疫病感染了。拿回去也没用，两三天里就烂掉，只好丢在田里。王源超将染病的薯块带回了实验室，他想，是不是可以从薯块里发现病原菌的“苗头”。

从云南回来后，王源超将从一片又一片枯焦染病的山头所照的照片放给学生看，将危害的程度、损失的数据讲给学生听。要从根本上防控晚疫病的发生，就需要对疫霉菌怎样侵染植物有进一步的研究。传统的研究方向是从作物入手，鉴定植物的抗病基因，研究如何“抵抗”。2009年以后，随着国际疫霉菌基因组测序的完成，王源超意识到，可以从疫霉菌基因组入手，研究它都是用什么样的“武器”进行攻击。

2011年，王源超课题组与美国同行合作，发现了疫霉菌在攻击植物的早期，病原菌可以通过分泌蛋白的相互协作，以团队作战的方式破坏植物的免疫系统，这项研究成果以封面文章发表于国际学术期刊《植物细胞》。王源超预感，该领域将成为一块肥沃的科研领地。

最新的故事是，这次通过对疫霉菌的研究，科学家发现，在入侵植物的早期，疫霉菌向细胞外分泌糖基水解酶XEG1攻击植物细胞壁，而植物则利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性。该成果第一作者马振川博士打了个比方：糖基水解酶XEG1相当于疫霉菌攻击植物的“常规导弹”。导弹来了植物会启用自身的防御系统水解酶抑制子GIP1抵御攻击。但是，疫霉菌又会进化出“假弹头”糖基水解酶XEG1的失活突变体XLP1。“假弹头”虽然没有攻击性，但它和植物抑制子GIP1的结合能力高出XEG1约 5倍，因此可以充当“诱饵”把作物防御系统的主要“兵力”吸引过去，从而保护“真弹头”XEG1乘虚而入。

由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和细菌中都广泛存在，因此这一发现为开发能诱导植物广谱抗病性的生物农药提供了重要的理论基础。