南农团队：教育部特等奖研究让植物穿上“免疫外衣”

在人们眼中，植物总是静默生长。然而，在肉眼难以窥见的微观世界，一场持续的“军备竞赛”从未停歇，植物与病原微生物之间，攻防交织、智斗不休。近日，南京农业大学植物保护学院作物疫病研究团队凭借“重大作物疫病致害与防控的分子基础”系统研究，荣获2025年度教育部科学研究优秀成果奖（自然科学和工程技术）特等奖。研究不仅揭开了疫霉菌致病力强大的“百年之谜”，更为作物绿色防控提供了全新武器与策略。

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植物免疫系统受到“波浪式攻击”

作物疫病被称为“植物瘟疫”，是农业领域的毁灭性杀手，疫霉菌作为主要元凶，一百多年前曾引起著名的爱尔兰大饥荒。在我国，大豆疫霉根腐病年均发生面积超过数千万亩，严重田块甚至绝收，被农业农村部列为对我国农业生产危害特别严重的“I类农作物病害”。

二十多年来，南京农业大学作物疫病研究团队聚焦大豆等作物疫病的致害与防控研究，团队试图解答两大关键科学问题：病原菌如何攻击寄主？植物如何启动免疫反击？

经过长期研究，他们发现疫霉菌采用效应子的“波浪式”协同攻击策略，并揭示了“诱饵模式”新机制。

在疫霉菌侵染寄主植物的早期阶段，病菌孢子附着植物组织后，分泌大量致病蛋白进入植物细胞。这些致病蛋白被称作“效应子”，是病原菌的关键武器，本成果发现疫霉菌效应子并不是单打独斗，而是相互协作，展开一场“波浪式攻击”。

“不同效应子组成的集群会分阶段攻击植物免疫系统，一些效应子只会在早期入侵，有一些会持续攻击，还有一些后期才‘登场’。”作物疫病研究团队负责人王源超教授介绍，“为了防止疫霉菌侵入植物细胞，植物会大量分泌抑制子来干扰效应子的活性，保护植物不受侵害。”

疫霉菌启动“诱饵模式”攻克植物防线

这场微观世界的“战争”远远没有结束，团队发现，疫霉菌又有了入侵植物的新机制——“诱饵模式”。

经过反复培养、提取、验证，团队从大豆根腐病菌的质外体中鉴定到一个核心致病因子：糖基水解酶XEG1。

有意思的是，XEG1还有一个孪生兄弟：失去酶活性的突变体XLP1。当疫霉菌释放XLP1时，植物分泌的抑制子GIP1就全体出动防御XLP1，真正的武器XEG1就在XLP1的掩护下，成功攻克植物防线。

“这是一种声东击西的战术，XLP1虽然与XEG1相似、协同作用，但它本身并无破坏力，而是‘分子诱饵’，且吸引抑制子GIP1的能力较XEG1高出5倍以上，欺骗植物免疫系统。”王源超解释说。作为植物病理学研究的崭新视角，这一突破性发现已被写入《普通植物病理学》教科书。

南农大团队为植物穿上“免疫外衣”

在发现疫霉菌的“诱饵模式”后，团队并未止步，他们意识到，若能找到植物中直接识别核心效应子并启动免疫的“哨兵”，就有可能从源头上阻断疫霉菌的进攻。

团队随即围绕核心效应子XEG1寻找抗病基因，经过对植物细胞膜上千余个受体蛋白的大规模筛选，成功鉴定到XEG1的植物识别受体——跨膜蛋白RXEG1。

研究发现，RXEG1能激活植物的免疫反应，作物疫病研究团队成员王燕教授表示，“RXEG1贯穿植物细胞膜，当RXEG1在细胞膜外的一端识别致病因子XEG1后，会将病原菌入侵的信号传入细胞内，激活植物的‘防御系统’。”

除了具备免疫识别功能，RXEG1也能抑制XEG1降解植物细胞壁的活性。“XEG1的酶活性口袋像一个机枪口。”王燕介绍，“RXEG1正好将XEG1的机枪口堵住，抑制XEG1的酶活性，让其‘解除武装’。”此项研究于2024年发表在Nature。

实验表明，RXEG1的免疫激活机制显著提升了多种重大病害的广谱抗性，将该受体转化到大豆中，可显著提高对大豆疫霉的抗性；转化到棉花中，对黄萎病的抗性也明显增强；转化到小麦中，则显著提升了对赤霉病的抗性。

创新研制免疫诱抗剂激活植物免疫

团队另辟蹊径，将AI技术打造为精准育种的“分子手术刀”。

一方面是建立抵御病害的“敌我识别系统”。“我们利用AlphaFold等AI结构预测工具，定位与病原菌靶标蛋白相互作用的关键位点，设计出植物的改良版抗病蛋白GmPMI1。”作物疫病研究团队成员夏业强副教授表示，“改造后的蛋白能精准抑制疫霉菌的侵染，同时对植物生长所需的同类酶‘秋毫无犯’。”

团队还借助AI深度预测对XEG1的毒性位点精准解除，并保留其激活免疫的功能。经过反复优化，最终创制出全新蛋白类免疫诱抗剂——“楠秾佑康”。

“楠秾佑康”能模拟效应子信号，快速激活植物免疫，抵抗多种病原菌的侵染，单次使用的效果能持续数周，同时还能促进种子萌发、增强光合作用与根系发育。

该产品应用在大豆上的效果尤为突出，喷洒后的大豆植株直到生长后期仍保持健壮，籽粒饱满，与未处理植株形成鲜明对比，为解决我国大豆普遍存在的早衰问题提供了新的解决方案。

“从机制机理的突破到广谱抗病基因的挖掘和绿色农药的研发应用，我们团队要做的就是面向国家重大需求，从绿色防控着手、守护大国粮仓。”王源超说。

通讯员 严楚越 现代快报/现代+记者 李楠

（通讯员供图）