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【科技日报】“植物大战霉菌”也搞“军备竞赛”

2017-01-12来源:人员机构作者:党委宣传部 

 “植物大战霉菌”也搞“军备竞赛”
马振川博士在工作
“植物大战霉菌”也搞“军备竞赛”
左为王源超,右为马振川

本报记者张晔 通讯员许天颖

        声东击西、诱饵模式、道高一尺魔高一丈……人类战争中的兵不厌诈竟然会在低等生物体中上演。1月13日凌晨,《科学》杂志以研究长文在线发表了南京农业大学王源超教授团队的一项关于作物疫病发生机制的突破性成果,揭示了植物与病原菌的世界并不是人们所想像的那么简单。


        疫霉菌引起的作物疫病就像“植物瘟疫”,是农作物生产中危害非常严重的一类病害, 19世纪中期曾引起欧洲的马铃薯晚疫病大流行,导致150万人饿死,几百万人逃亡美洲和澳洲,这场“爱尔兰大饥荒”曾被称为人类历史的转折点。

        科学家在研究中观察到,疫霉菌攻击宿主时,会使出一招瞒天过海的“诱饵模式”(DECOY):疫霉菌在侵染植物早期,向胞外分泌糖基水解酶XEG1攻击植物细胞壁,而植物则利用水解酶抑制子GIP1抑制其活性;在进化的过程中,病原菌又获得了XEG1的失活突变体XLP1,以诱饵“DECOY”的方式,竞争性干扰抑制子GIP1,与XEG1协同攻击植物的抗病性。

        该研究论文第一作者马振川博士打了个比喻说:“XEG1相当于疫霉菌攻击植物的常规导弹,导弹来了植物会启用自身的导弹防御系统GIP1来抑制其攻击,但有意思的是,疫霉菌会进化出‘假弹头’,即XEG1的失活突变体XLP1,这个假弹头虽然本身没有攻击性,但是它和植物抑制子GIP1的结合能力要高出XEG1约 5倍,即假弹头可以充当‘诱饵’,将作物防御系统的主要‘兵力’吸引过去,从而保护真弹头XEG1‘乘虚而入’,攻击作物导致病害发生”。

        他们在稍早的研究中,还发现植物能够利用细胞膜上的受体识别XEG1,启动基础水平的抗性,但是病原菌又可以分泌效应子到寄主胞内干扰其抗性。

       “即便是肉眼看不见的病原菌在侵入宿主过程中,也上演着极其复杂和精确的‘攻击、防御,再攻击、再防御’的‘军备竞赛’,对这个过程的深入了解是发展安全高效病害控制策略的基础。”王源超教授说。

       目前,已经发现的疫病菌有160多种,能侵染数千种植物,是全球粮食、食品和生态安全的重要威胁。在我国,由疫霉菌引起的农作物病害每年导致的经济损失高达上百亿元。但是由于这类病害具有发病快、变异快、流行快等特点,生产上的防控一直比较困难。

        由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和细菌中广泛存在,因此这一发现为开发能诱导植物广谱抗病性的生物农药提供了重要的理论基础。科学家们好奇地对这种全新致病机制的一窥究竟,使得人类以全新的视角认识了这类病害危害严重的分子机理,从而为实现作物疫病的可持续控制指明了新的方向。 

        南京农业大学的这项成果以该校植保学院马振川博士为第一作者、王源超教授为通讯作者。南京农业大学郑小波教授、董莎萌教授与美国俄勒冈州立大学Brett Tyler教授等参与了研究。

        2016年12月23日,该校有关昆虫迁飞的最新发现在Science发表,这是南京农业大学植物保护学院近1个月内在Science上发表的第二篇突破性研究成果。

        据了解,南京农业大学作物疫病研究团队已有30多年的发展历史,目前形成了一支包括4名国家杰青和优青,共计9名青年教师和70多名研究生的优秀科研团队。近年承担了包括国家公益性行业专项、国家产业技术体系和国家自然基金等科研项目50余项,在包括Science、Nature genetics、Plant Cell、Nature communication、PLoS Pathogens、New Phytologist、Plant Physiology、Molecular Plant和MPMI等杂志上发表高水平研究论文120多篇,在作物疫病的成灾机理和病害防控技术等方面形成了一支有重要国际影响的创新团队。

原文链接:www.toutiao.com/i6374896157113451009/

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编辑:全媒体中心

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