“誘餌模式”
——新型植物防御系統(tǒng)

編輯|孫潔

“誘餌模式”
——新型植物防御系統(tǒng)

編輯|孫潔

2017年1月12日，南京農(nóng)業(yè)大學教授王源超研究組在國際頂尖學術期刊發(fā)表了一項關于作物疫病發(fā)生機制的突破性成果，揭示了病原菌攻擊宿主的全新致病機制——“誘餌模式”。這是人類首次在更精準的層面認識這類嚴重危害植物的病原菌分子機理，為改良農(nóng)作物的持久抗病性提供了新方向。 團隊的研究圍繞疫霉菌“攻擊”和植物“抵抗”的過程與規(guī)律而展開，這塊曾經(jīng)在學科領域內(nèi)被認為不容易出成果的“硬骨頭”，如今被這個12個人的團隊“啃”了下來。有報告顯示，近5年，作物疫病領域發(fā)表在影響因子10以上學術雜志的18篇論文中，該團隊貢獻了5篇。

“我的研究對象是疫霉菌，就是一種病原菌，”他解釋，“就像人一樣，從嬰兒期怎么發(fā)育、怎么樣侵染植物、怎么樣致使植物發(fā)病。”由于涉及的大多是植物與病菌相互作用的分子機制，很多學生特別是本科生，覺得課程晦澀枯燥，提不起興致。王源超介紹，疫霉菌是一類極其特殊的生物，是個冷門，其他模式真菌遺傳學的研究手段基本用不上。技術上，國際上還沒有啟動疫霉菌的基因組測序，所以遺傳轉(zhuǎn)化的研究有很大的難度。研究難、見效慢，加之這類病菌一般不會侵染水稻、小麥等作物，申請經(jīng)費也不容易。

2008年，云南省爆發(fā)了大面積的馬鈴薯晚疫病。受農(nóng)業(yè)部委托，王源超到云南等地考察。馬鈴薯晚疫病是由疫霉菌引起的一種毀滅性病害，它會導致馬鈴薯莖葉死亡和塊莖腐爛。19世紀40年代，歐洲發(fā)生過多次馬鈴薯晚疫病大流行，馬鈴薯田大片絕收，上百萬人餓死，200多萬人流離失所。此后，晚疫病就像是馬鈴薯的癌癥一樣從未根絕。在云南省尋甸回族彝族自治縣，王源超站到一處山頭上，田里的景象讓他驚呆了，“就像大火燒焦過的一樣慘不忍睹。”他看到，當?shù)匾妥濉⒐嶙宓睦习傩毡持窨鹋俚兀浅鰜淼鸟R鈴薯很多都被晚疫病感染了。拿回去也沒用，兩三天里就爛掉，只好丟在田里。王源超將染病的薯塊帶回了實驗室，他想，是不是可以從薯塊里發(fā)現(xiàn)病原菌的“苗頭”。

從云南回來后，王源超將從一片又一片枯焦染病的山頭所照的照片放給學生看，將危害的程度、損失的數(shù)據(jù)講給學生聽。要從根本上防控晚疫病的發(fā)生，就需要對疫霉菌怎樣侵染植物有進一步的研究。傳統(tǒng)的研究方向是從作物入手，鑒定植物的抗病基因，研究如何“抵抗”。2009年以后，隨著國際疫霉菌基因組測序的完成，王源超意識到，可以從疫霉菌基因組入手，研究它都是用什么樣的“武器”進行攻擊。

2011年，王源超課題組與美國同行合作，發(fā)現(xiàn)了疫霉菌在攻擊植物的早期，病原菌可以通過分泌蛋白的相互協(xié)作，以團隊作戰(zhàn)的方式破壞植物的免疫系統(tǒng)，這項研究成果以封面文章發(fā)表于國際學術期刊《植物細胞》。王源超預感，該領域?qū)⒊蔀橐粔K肥沃的科研領地。

最新的故事是，這次通過對疫霉菌的研究，科學家發(fā)現(xiàn)，在入侵植物的早期，疫霉菌向細胞外分泌糖基水解酶XEG1攻擊植物細胞壁，而植物則利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性。該成果第一作者馬振川博士打了個比方：糖基水解酶XEG1相當于疫霉菌攻擊植物的“常規(guī)導彈”。導彈來了植物會啟用自身的防御系統(tǒng)水解酶抑制子GIP1抵御攻擊。但是，疫霉菌又會進化出“假彈頭”糖基水解酶XEG1的失活突變體XLP1。“假彈頭”雖然沒有攻擊性，但它和植物抑制子GIP1的結合能力高出XEG1約 5倍，因此可以充當“誘餌”把作物防御系統(tǒng)的主要“兵力”吸引過去，從而保護“真彈頭”XEG1乘虛而入。

由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和細菌中都廣泛存在，因此這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)能誘導植物廣譜抗病性的生物農(nóng)藥提供了重要的理論基礎。