中新網(wǎng)北京2月28日電 (記者 孫自法)植物細(xì)菌性病害是植物生長過程中的重大威脅，對農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)都有極大的影響。植物世界如何演化出精妙的防御系統(tǒng)積極應(yīng)對？怎樣應(yīng)用這些機(jī)制服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保障糧食安全？

　　揭曉植物防御系統(tǒng)神秘機(jī)制

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、北京大學(xué)、崖州灣國家實驗室的科學(xué)家組成合作團(tuán)隊歷時15年研究攻關(guān)，最新揭曉植物抵御病原細(xì)菌入侵的神秘機(jī)制——被形象稱為“拆彈專家”的一種名為芥酸酰胺的植物天然代謝物，它能精準(zhǔn)拆解病原菌的“生化武器”，為綠色農(nóng)業(yè)提供了新的可能。

　　這項揭示植物化學(xué)防御新機(jī)制、為環(huán)境友好型生物農(nóng)藥開發(fā)以及作物抗病分子育種奠定基礎(chǔ)的重要研究，由北京大學(xué)教授雷曉光團(tuán)隊、崖州灣國家實驗室首席科學(xué)家周儉民團(tuán)隊領(lǐng)銜并聯(lián)合相關(guān)專家團(tuán)隊共同完成，成果論文北京時間2月28日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)發(fā)表。

　　另辟蹊徑拆除“生化武器”

　　論文共同通訊作者周儉民研究員指出，病原細(xì)菌通過侵染植物組織引發(fā)葉斑、枯萎、腐爛等病害，嚴(yán)重時可導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。當(dāng)病原細(xì)菌悄然入侵時，植物的化學(xué)防御系統(tǒng)正在上演著肉眼不可見的分子戰(zhàn)爭。

　　傳統(tǒng)認(rèn)知中，植物抗病代謝物多采用“毒殺”戰(zhàn)術(shù)，本次最新研究發(fā)現(xiàn)，芥酸酰胺像一位精明的“拆彈專家”，它另辟蹊徑專門拆除病原菌的“生化武器”——三型分泌系統(tǒng)(T3SS)。三型分泌系統(tǒng)是多種動植物病原細(xì)菌用來向宿主細(xì)胞分泌毒性蛋白的裝置，對致病不可或缺；芥酸酰胺則破壞病原細(xì)菌三型分泌系統(tǒng)的裝配，將病原細(xì)菌變得無害。

　　“拆彈專家”歷時15年發(fā)現(xiàn)

　　據(jù)介紹，2010年國際上有研究團(tuán)隊觀察到免疫激活的植物具有抑制病原細(xì)菌三型分泌系統(tǒng)的能力，但這個“護(hù)身符”的本質(zhì)卻一直蒙著神秘面紗。中國合作團(tuán)隊敏銳捕捉到這一線索，并提出假說——這可能是一個免疫誘導(dǎo)產(chǎn)生的植物天然代謝物。

　　帶著這個假說的猜想，雷曉光和周儉民團(tuán)隊開啟了長達(dá)15年的“尋寶”之旅，他們以生化活性為導(dǎo)向，通過分離、純化的手段最終在植物代謝物的迷宮中鎖定了關(guān)鍵目標(biāo)，即“拆彈專家”芥酸酰胺。

　　不同于傳統(tǒng)植物抗性代謝物的“地毯式轟炸”，“拆彈專家”芥酸酰胺給病原細(xì)菌進(jìn)行精準(zhǔn)的“外科手術(shù)”，使其喪失致病能力而不影響其生存。

　　可應(yīng)用于作物細(xì)菌病害防治

　　論文共同通訊作者雷曉光教授表示，芥酸酰胺廣泛存在于包括水稻、大豆等多種植物中，在免疫激活后會大量積累，并對多種病原細(xì)菌具有廣譜活性。遺傳實驗表明，芥酸酰胺的積累，是植物實現(xiàn)對病原細(xì)菌免疫的關(guān)鍵。

　　通過對多種芥酸酰胺衍生物的合成及活性分析，聯(lián)合團(tuán)隊揭示了影響其活性的關(guān)鍵化學(xué)結(jié)構(gòu)。綜合運(yùn)用化學(xué)蛋白組學(xué)、生化實驗、蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測、分子對接及分子動力學(xué)模擬等多種方法，研究團(tuán)隊捕捉到這場微觀戰(zhàn)爭的精彩畫面——芥酸酰胺與三型分泌系統(tǒng)的重要組分HrcC特異結(jié)合，導(dǎo)致病原菌的“生化武器”裝配失敗，使細(xì)菌“啞火”。

　　周儉民透露，值得注意的是，“拆彈專家”芥酸酰胺對水稻白葉枯、番茄青枯病等多種作物細(xì)菌病害，均能發(fā)揮強(qiáng)大的殺傷功效，這暗示其在作物細(xì)菌病害防治中具有潛在應(yīng)用價值。(完)