植物細菌性病害是植物生長(cháng)過(guò)程中的重大威脅，對農業(yè)和生態(tài)系統都有極大的影響。病原細菌通過(guò)侵染植物組織引發(fā)葉斑、枯萎、腐爛等病害，嚴重時(shí)可導致農作物減產(chǎn)甚至絕收。當病原細菌悄然入侵時(shí)，植物的化學(xué)防御系統正在上演著(zhù)肉眼不可見(jiàn)的分子戰爭。
2025 年 2 月 28 日，北京大學(xué)雷曉光團隊聯(lián)合崖州灣國家實(shí)驗室周儉民團隊，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：A widespread plant defense compound disarms bacterial type III injectisome assembly 的研究論文。
該研究揭開(kāi)了植物抵御病原細菌入侵的神秘機制——一種名為芥酸酰胺的植物天然代謝物，能夠精準拆解病原菌的“生化武器”，為綠色農業(yè)提供了新可能。
傳統認知中，植物抗病代謝物多采用“毒殺”戰術(shù)，但最新研究發(fā)現，芥酸酰胺另辟蹊徑：它像一位精明的拆彈專(zhuān)家，專(zhuān)門(mén)拆除病原菌的“生化武器”——三型分泌系統（Type III secretion system，T3SS）。三型分泌系統是多種動(dòng)植物病原細菌用來(lái)向宿主細胞分泌毒性蛋白的裝置，對致病不可或缺。芥酸酰胺破壞病原細菌三型分泌系統的裝配，將病原細菌變得無(wú)害。
2010 年，James R Alfano 團隊觀(guān)察到免疫激活的植物具有抑制病原細菌三型分泌系統的能力，但這個(gè)“護身符”的本質(zhì)卻一直蒙著(zhù)神秘面紗。
在這項研究中，雷曉光與周儉民團隊敏銳捕捉到這一線(xiàn)索，提出假說(shuō)：這可能是一個(gè)免疫誘導產(chǎn)生的植物天然代謝物。帶著(zhù)這個(gè)猜想，兩個(gè)團隊開(kāi)啟了長(cháng)達15年的“尋寶”之旅——以生化活性為導向，通過(guò)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——芥酸酰胺。不同于傳統植物抗性代謝物的“地毯式轟炸”，芥酸酰胺給病原細菌進(jìn)行了精準的“外科手術(shù)”，使其喪失致病能力而不影響其生存。
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(huì )大量積累，并對多種病原細菌具有廣譜活性。遺傳實(shí)驗表明，芥酸酰胺的積累，是植物實(shí)現對病原細菌免疫的關(guān)鍵。通過(guò)對多種芥酸酰胺衍生物的合成及活性分析，聯(lián)合團隊揭示了影響其活性的關(guān)鍵化學(xué)結構。綜合運用化學(xué)蛋白組學(xué)、生化實(shí)驗、蛋白結構預測、分子對接及分子動(dòng)力學(xué)模擬等多種方法，研究團隊捕捉到這場(chǎng)微觀(guān)戰爭的精彩畫(huà)面：芥酸酰胺與三型分泌系統的重要組分 HrcC 特異結合，導致病原菌的“生化武器”裝配失敗，使細菌“啞火”。值得注意的是，芥酸酰胺對水稻白葉枯、番茄青枯病等多種作物細菌病害均具有強大的保護作用，暗示其在作物細菌病害防治中的潛在應用價(jià)值。
這項研究揭示了植物化學(xué)防御新機制，為環(huán)境友好型生物農藥的開(kāi)發(fā)以及作物抗病分子育種奠定了基礎。
圖1. 芥酸酰胺的工作模型
中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所已畢業(yè)研究生/崖州灣國家實(shí)驗室博士后繆佩、北京大學(xué)已畢業(yè)研究生王海軍及中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所副研究員王偉為論文的共同第一作者，北京大學(xué)雷曉光教授和崖州灣國家實(shí)驗室首席科學(xué)家周儉民研究員為論文共同通訊作者。北京大學(xué)王繼縱教授團隊、上海交通大學(xué)姚玉峰教授團隊等也參與了這項工作。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0377
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