1月13日，美國《科學(xué)》雜志以研究長文形式在線發(fā)表了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授王源超團隊關(guān)于作物疫病發(fā)生機制的突破性成果。該成果揭示了病原菌攻擊宿主的全新致病機制“誘餌模式”（DECOY），為病害控制提供了重要的新方向。據(jù)悉，該期刊每期僅發(fā)表兩篇長文。這是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院近一個月內(nèi)在《科學(xué)》上發(fā)表的第二篇突破性研究成果。

該研究發(fā)現(xiàn)，疫霉菌在侵染植物早期向胞外分泌糖基水解酶（XEG1）攻擊植物細胞壁，而植物則利用水解酶抑制子（GIP1）抑制其活性；在進化的過程中，病原菌又獲得了XEG1的失活突變體（XLP1），以“誘餌”DECOY的方式，競爭性干擾抑制子GIP1，與XEG1協(xié)同攻擊植物的抗病性。

該校植保學(xué)院博士馬振川打了個比喻，“XEG1相當(dāng)于疫霉菌攻擊植物的常規(guī)導(dǎo)彈，導(dǎo)彈來了植物會啟用自身的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)GIP1來抑制其攻擊。但有意思的是，疫霉菌會進化出‘假彈頭’，即XEG1的失活突變體XLP1，這個假彈頭雖然本身沒有攻擊性，但是它和植物抑制子GIP1的結(jié)合能力要高出XEG1約5倍，即假彈頭可以充當(dāng)‘誘餌’，將作物防御系統(tǒng)的主要‘兵力’吸引過去，從而保護真彈頭XEG1‘乘虛而入’，攻擊作物導(dǎo)致病害發(fā)生。”

該團隊在稍早的研究中還發(fā)現(xiàn)，植物能夠利用細胞膜上的受體識別XEG1，啟動基礎(chǔ)水平的抗性，但是病原菌又可以分泌效應(yīng)子到寄主胞內(nèi)干擾其抗性。由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和細菌中廣泛存在，因此這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)能誘導(dǎo)植物廣譜抗病性的生物農(nóng)藥提供了重要的理論基礎(chǔ)。

作為國家杰青、教育部長江學(xué)者，農(nóng)業(yè)部杰出人才、大豆體系崗位科學(xué)家，王源超在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示，該研究提出了病原菌致病新的概念性理論框架，在動物、植物、人類病原菌中都是第一次發(fā)現(xiàn)，對認識生物的協(xié)同進化和病害治理有非常重要的價值。

王源超說：“即便是肉眼看不見的病原菌在侵入宿主過程中，也上演著極其復(fù)雜和精確的‘攻擊、防御，再攻擊、再防御’的‘軍備競賽’，對這個過程的深入了解是發(fā)展安全高效病害控制策略的基礎(chǔ)。”

據(jù)了解，疫霉菌引起的作物疫病曾被稱為“植物瘟疫”，是農(nóng)作物生產(chǎn)中危害非常嚴(yán)重的一類病害，19世紀(jì)中期曾引起歐洲的馬鈴薯晚疫病大流行，導(dǎo)致150萬人餓死，幾百萬人逃亡美洲和澳洲，這場“愛爾蘭大饑荒”被稱為人類歷史的轉(zhuǎn)折點。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的疫病菌有160多種，能侵染數(shù)千種植物，是全球糧食、食品和生態(tài)安全的重要威脅。

在我國，由疫霉菌引起的農(nóng)作物病害每年導(dǎo)致的經(jīng)濟損失高達上百億元。但由于這類病害具有發(fā)病快、變異快、流行快等特點，生產(chǎn)上的防控一直比較困難。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的這一研究成果從全新的視角認識了這類病害危害嚴(yán)重的分子機理，為實現(xiàn)作物疫病的可持續(xù)控制指明了新的方向。

該論文以馬振川為第一作者、王源超為通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授鄭小波和董莎萌、美國俄勒岡州立大學(xué)教授Brett Tyler等參與了研究。

王源超向《中國科學(xué)報》記者介紹，十幾年前，他們發(fā)現(xiàn)作物疫病在田間危害非常嚴(yán)重，馬鈴薯、大豆等作物品種很容易喪失抗病性，而病原菌又很容易產(chǎn)生對農(nóng)藥的抗性。因此他們團隊意識到，要開發(fā)出疫病的有效控制方法，必須深入了解病菌是如何造成危害的。在2006年啟動的農(nóng)業(yè)部作物疫病行業(yè)科研專項的支持下，他們開展了這項研究，其間也得到了國家自然科學(xué)基金委多年持續(xù)支持。

據(jù)了解，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物疫病研究團隊已有30多年的發(fā)展歷史，目前形成了一支包括4名國家杰青和優(yōu)青，共計9名青年教師和70多名研究生的優(yōu)秀科研團隊。王源超表示，團隊協(xié)作也是該研究能夠比較順利進行下去的另一個重要條件。

近年該團隊承擔(dān)了包括國家公益性行業(yè)專項、國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和國家自然基金等科研項目50余項，在包括《科學(xué)》《自然-遺傳學(xué)》《植物細胞》等雜志上發(fā)表高水平研究論文120多篇，在作物疫病的成災(zāi)機理和病害防控技術(shù)等方面形成了一支有重要國際影響的創(chuàng)新團隊。

《中國科學(xué)報》記者了解到，該研究成果對于開發(fā)生物農(nóng)藥、改良植物的抗病性都有很好的利用價值。該團隊的一個小組正在嘗試做下一步的開發(fā)利用，包括申請相關(guān)國內(nèi)及國外專利。