科技日报记者 金凤 通讯员 严楚越
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，100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，致灾严重的田块甚至会绝收，因此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”。
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。
“从机制机理的突破，到广谱抗病基因的挖掘，再到绿色农药的研发应用，我们面向国家重大需求，从绿色防控着手、守护大国粮仓。”南京农业大学作物疫病研究团队负责人王源超说。
识别“分子诱饵”，为抗病分子设计提供“线索”
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、斗争不止。
“20多年来，我们聚焦大豆等作物疫病的致害与防控研究，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？”王源超教授介绍，经过长期研究，团队发现，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。
“我们发现，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’。”王源超打了个形象的比方，“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’。”
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。
这场微观世界的“战争”远远没有结束，团队发现，疫霉菌还有入侵植物的新机制——“诱饵模式”。
科研人员经过反复培养、提取、验证，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。
“在‘诱饵模式’中，诱饵作为另一种重要的致病因子，其识别同样需要得到重视。”英国牛津大学教授雷尼尔·范德霍恩认为，“‘诱饵模式’研究对抗病分子设计具有重要价值。”
发现“哨兵”，找到植物免疫的关键受体
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’。”
对于此项研究，德国图宾根大学教授托尔斯滕·纽伦贝格认为，“RXEG1受体识别XEG1介导了植物对疫霉菌侵染的抗性，可用于改造作物免疫系统，以抵御不同类别微生物的侵害。”
近年来，作物疫病研究团队围绕核心效应子XEG1取得了一系列基础理论突破和前沿技术创新，代表性成果相继在《科学》《自然》杂志发表，相关成果还入选“中国高校十大科技进展”和“中国农业科研重大进展”。
中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员认为，对XEG1的研究揭示了植物免疫的新范式，为更好地利用和改造抗病基因、服务绿色农业铺平了道路。
创制新“武器”，建成全程绿色防控体系
在南京农业大学宿州研究院大豆生物育种中心，质谱分析室、分子生物学实验室等一系列实验平台配备齐全。团队另辟蹊径，将AI技术打造为精准育种的“分子手术刀”。
首先，团队建立抵御病害的“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’。”
同时，团队借助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。
团队结合前期研发推广的“大豆苗期病虫害种衣剂拌种防控技术”，建成了大豆全程绿色防控体系。
“‘种衣剂’为种子装备能够杀虫杀菌的‘铠甲’与‘武器’，为幼苗赢得早期生长的窗口期；‘楠秾佑康’则在植物生长的中后期建立长时间的‘免疫防线’。”作物疫病研究团队成员叶文武教授介绍。
绿色防控良法与良种、良机等深度融合，在全国各地的示范田都取得了显著的增产成效。2024年，宿州市埇桥区高产田块实收亩产达323.84公斤，位列农业农村部大豆大面积高产竞赛（清种夏播模式）全国第二名；2025年，高产田块大面积实收亩产提升至344.1公斤，比当地平均亩产大幅度提升。
（受访者供图）
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