南京农大在作物疫病发生机制方面获突破性成果

1月13日，美国杂志《科学》在网上以长篇研究文章的形式发表了南京农业大学王源超教授团队在作物病害机理方面的突破性成果。研究结果揭示了病原菌攻击宿主的一种新的致病机制——诱饵，为疾病控制提供了一个重要的新方向。据报道，该杂志每期只发表两篇长文章。这是上个月南京农业大学植物保护学院在《科学》杂志上发表的第二项突破性研究成果。

研究发现，疫霉胞吐糖基水解酶(XEG1)在感染早期攻击植物细胞壁，而植物使用水解酶抑制剂(GIP1)抑制其活性。在进化过程中，病原菌还获得了XEG1的灭活突变体(XLP1)。竞争干扰抑制因子GIP1和XEG1以诱骗的方式协同攻击植物的抗病性。

该校植物保护学院的马振川博士做了一个比喻:“XEG1相当于疫霉攻击植物的常规导弹。当导弹到达时，工厂将使用他们自己的导弹防御系统来压制他们的攻击。但有趣的是，疫霉将进化出一种“假弹头”，即XEG1的失活突变体XLP1。虽然这种假弹头本身并不具有攻击性，但它与植物抑制剂GIP1的结合能力比xeg1高约5倍，也就是说，假弹头可以作为一种“诱饵”吸引作物防御系统的主要“力量”回到过去，从而保护真正的弹头XEG1免受入侵和攻击作物而导致疾病。”

该团队还在早期研究中发现，植物可以利用细胞膜上的受体识别XEG1，从而引发基本水平的抗性，但致病菌可以将效应物分泌到宿主细胞中，干扰其抗性。由于糖基水解酶XEG1广泛存在于卵菌纲、真菌和细菌中，这一发现为开发能诱导植物广谱抗病的生物农药提供了重要的理论基础。

作为国家杰出青年、教育部长江学者、农业部杰出人才和大豆系统科学家，王源超在接受《中国科学日报》采访时说，该研究提出了一个新的病原菌概念理论框架，这是首次在动物、植物和人类中发现病原菌，对了解生物的协同进化和疾病控制具有重要价值。

王源超说:“即使是肉眼看不见的病原菌，在入侵宿主的过程中，也会进行极其复杂和精确的‘攻击、防御、再攻击、再防御’军备竞赛。对这一过程的深入理解是制定安全有效的疾病控制策略的基础。”

据了解，由疫霉引起的作物病害曾被称为“植物瘟疫”，是一种对作物生产危害非常严重的病害。19世纪中叶，它在欧洲引发了马铃薯晚疫病流行，导致150万人饿死，数百万人逃往美国和澳大利亚。“爱尔兰饥荒”被称为人类历史的转折点。目前已发现的致病疫霉有160多种，可侵染成千上万种植物，对全球粮食、食品和生态安全构成重要威胁。

在我国，由疫病引起的农作物病害造成的经济损失每年高达数百亿元。然而，由于这些疾病的快速发作、变异和流行，生产中的预防和控制相对困难。南京农业大学的这项研究成果从一个全新的角度认识了该类病害的分子机理，为作物病害的可持续控制指明了一个新的方向。

本文以马振川为第一作者，王源超为通讯作者。南京农业大学的郑晓博和董莎萌教授以及俄勒冈州立大学的布雷特·泰勒教授参与了这项研究。

王源晁告诉《中国科学报》记者，十多年前，他们发现田间作物病害非常严重，马铃薯、大豆等作物品种很容易失去抗病性，而病原菌很容易产生抗药性。因此，他们的团队意识到，为了开发有效的流行病控制方法，有必要彻底了解病原体是如何造成危害的。他们在农业部2006年启动的作物病害专项科学研究项目的支持下开展了这项研究。在此期间，他们还获得了中国国家自然科学基金委员会多年的持续支持。

据了解，南京农业大学作物病害研究小组已有30多年的历史。目前，已形成了一支由4名全国优秀青年和优秀青年、9名青年教师和70多名研究生组成的优秀科研团队。王源超说，团队合作是研究顺利进行的另一个重要条件。

近年来，团队承担了国家公益产业专项、国家产业技术体系、国家自然基金等50多个科研项目，在科学、自然遗传学、植物细胞等杂志上发表了120多篇高水平研究论文。它已经形成了一个创新团队，在农作物病害的灾害机制和病害防治技术方面具有重要的国际影响。

《中国科学报》记者了解到，该研究成果对生物农药的开发和植物抗病性的提高具有重要价值。该团队的一个团队正在努力进行进一步的开发和利用，包括申请相关的国内外专利。