植物細菌性病害是植物生長過程中的重大威脅，對農業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)都有極大的影響。病原細菌通過侵染植物組織引發(fā)葉斑、枯萎、腐爛等病害，嚴重時可導致農作物減產甚至絕收。當病原細菌悄然入侵時，植物的化學防御系統(tǒng)正在上演著肉眼不可見的分子戰(zhàn)爭。
2025 年 2 月 28 日，北京大學雷曉光團隊聯合崖州灣國家實驗室周儉民團隊，在國際頂尖學術期刊 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(tǒng)認知中，植物抗病代謝物多采用“毒殺”戰(zhàn)術，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家，專門拆除病原菌的“生化武器”——三型分泌系統(tǒng)（Type III secretion system，T3SS）。三型分泌系統(tǒng)是多種動植物病原細菌用來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(tǒng)的裝配，將病原細菌變得無害。
2010 年，James R Alfano 團隊觀察到免疫激活的植物具有抑制病原細菌三型分泌系統(tǒng)的能力，但這個“護身符”的本質卻一直蒙著神秘面紗。
在這項研究中，雷曉光與周儉民團隊敏銳捕捉到這一線索，提出假說：這可能是一個免疫誘導產生的植物天然代謝物。帶著這個猜想，兩個團隊開啟了長達15年的“尋寶”之旅——以生化活性為導向，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鍵目標——芥酸酰胺。不同于傳統(tǒng)植物抗性代謝物的“地毯式轟炸”，芥酸酰胺給病原細菌進行了精準的“外科手術”，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，在免疫激活后會大量積累，并對多種病原細菌具有廣譜活性。遺傳實驗表明，芥酸酰胺的積累，是植物實現對病原細菌免疫的關鍵。通過對多種芥酸酰胺衍生物的合成及活性分析，聯合團隊揭示了影響其活性的關鍵化學結構。綜合運用化學蛋白組學、生化實驗、蛋白結構預測、分子對接及分子動力學模擬等多種方法，研究團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值。
這項研究揭示了植物化學防御新機制，為環(huán)境友好型生物農藥的開發(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
中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所已畢業(yè)研究生/崖州灣國家實驗室博士后繆佩、北京大學已畢業(yè)研究生王海軍及中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所副研究員王偉為論文的共同第一作者，北京大學雷曉光教授和崖州灣國家實驗室首席科學家周儉民研究員為論文共同通訊作者。北京大學王繼縱教授團隊、上海交通大學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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