🐝“死磕”十余年，他们端了病菌的“私人厨房”☦️

　　中国科学报记者 李晨

　　“那天晚上我没睡着觉。”让西南大学研究员王善之夜不能寐的，并非烦恼，而是一项“死磕”十多年的课题终于尘埃落定的狂喜。

　　12月19日，《科学》在线发表了这项由中国科学家领衔的重要研究成果。已从中国农业大学调到吉林农业大学的孙文献教授带领团队与国内外学者合作，首次揭示了一种危害水稻的病原细菌是如何用一种极其“聪明”甚至有些“霸道”的方式，在植物体内为自己开辟“特供营养”渠道的。十几年前，还是中国农业大学本科生的王善之就加入了这项研究，并成了他从本科到博士后，乃至去西南大学工作之后的研究主题。

　　该研究不仅破解了困扰植物病理学界30多年的谜题，还开创了“抗营养”的抗病生物育种新策略，为多种作物细菌性病害的绿色防控提供了全新解决方案。

　　从本科开始的一场科学长跑

　　“这个病在当时并不是研究热点，但从来没有间断过。”论文第一作者王善之在回顾研究历程时这样说道。2008年，还是中国农业大学本科生的王善之因对科研感兴趣，加入了孙文献的实验室。当时，孙文献给他分配了一个看似普通的课题——研究水稻细菌性条斑病的致病机制。

　　细菌性条斑病是由稻生黄单胞菌条斑致病变种(Xoc)引起的一种水稻病害。虽然水稻细菌性条斑病在上世纪50年代在我国发现，但相关研究算不上特别热门。孙文献告诉《中国科学报》，之所以选择这个课题，“一方面是因为它与‘热门’病害白叶枯病非常相似，就像堂兄弟关系，但二者侵入植物的方式完全不同；另一方面，由于缺乏有效的抗病基因，该病害一旦暴发大流行，可能会对水稻生产造成难以估量的严重损失”。

　　“当时我们用最笨的方法——基因敲除。”王善之回忆，团队构建了包含上千个突变体的菌株库，每个菌株缺失一个特定基因。他们将这些突变体接种到水稻叶片上，观察哪个基因缺失后，病菌的致病力会显著减弱。

　　直到2011年，他们终于锁定了目标——avrBs2基因。当这个基因被敲除后，病菌在水稻上几乎无法致病。

　　实际上，早在1990年，科学家就在辣椒斑点病菌中发现了AvrBs2蛋白。随后研究发现，几乎所有黄单胞菌属的病原菌都携带高度相似的avrBs2基因。

　　“缺失avrBs2的病菌，毒力会下降50%~70%。它就像黄单胞菌属病原菌界的‘明星工具’，每个‘坏蛋’手里都有一个，但我们不知道它们怎么用这个工具，也就无从知晓如何对付它们。”王善之解释说。几十年来，avrBs2基因的功能一直没有破解，成了学界著名的“硬骨头”。

　　“方向错了，再努力也是徒劳”

　　“当时很多人觉得没必要继续做，因为这个‘明星基因’的机理那么多‘大佬’都做过尝试，几十年都没搞清。”但是王善之不这么想。他觉得科研不在于追热点，而在于解决真问题。“这个难题一直没有被攻克，科学问题没变，我们就该坚持。”

　　“我不看重结果，更关注过程。而且，每一次实验失败都让我看到新的问题，对未知世界有了新的认知，正应了那句‘失败乃成功之母’。”虽然抱定“坐冷板凳”的决心，可王善之没有料到，之后8年的研究异常艰难。

　　他循着前人走过的路，自己走了一遍。和那些前辈“大佬”们一样，也没有走通。

　　国外团队曾采用先进的气相色谱-质谱联用技术，试图分析AvrBs2的代谢产物。也有团队花了10年时间寻找与AvrBs2互作的植物蛋白，虽然找到一些候选靶点，但功能验证均告失败。

　　更现实的是，随着白叶枯病等“热门”病害被攻克，细菌性条斑病逐渐被边缘化。“很多团队转向更容易出成果的热点方向。”王善之注意到，持续研究AvrBs2的团队从鼎盛时期的十余个减少到两三个。

　　就这样，他在错误的方向上摸索，结果并不理想。“方向错了，再努力也是徒劳。”

　　回归最“土”办法，揭秘“特供营养”

　　转机出现在王善之对实验方法的反思上。经与导师孙文献反复探讨，他决定尝试被忽视的传统方法——薄层色谱法，这是一种上世纪七八十年代以前常用的分析生物样本中代谢物的简单技术。

　　“我用最‘土’的方法试了一下，居然看到了糖的条带。”王善之回忆2019年那个兴奋的时刻。这个化合物后来被他们团队证明是一种磷酸化的糖——黄单胞糖。传统方法之所以成功，是因为它不像高端技术那样产生海量数据，而是直接聚焦于糖类检测，避免了信息过载的干扰。

　　孙文献得知结果后，最初是疑惑，但看到重复实验数据后也变得兴奋。

　　“王善之确实很执着，从博士到博士后，即使后来去西南大学也全身心投入。”孙文献感慨道。实际上，王善之也曾因长时间无进展而想过放弃，但孙文献鼓励他：“既然做到了这一步，肯定要坚持下去。”

　　黄单胞菌通过一个像“注射器”的针状结构，将效应蛋白AvrBs2注入植物细胞内部。他们第一次发现，AvrBs2实际上是一种新型的磷酸糖酯合成酶，能以植物体内的尿苷二磷酸-α-D-半乳糖为原料，合成一种环状结构的化合物——黄单胞糖。

　　“这种糖非常特殊，植物无法识别和利用，成了细菌的‘专属食品’。”王善之说。

　　更巧妙的是，细菌还配备了“搬运工”和“消化师”：外膜转运蛋白XanT负责将黄单胞糖从植物细胞间隙搬运到细菌体内，磷酸二酯酶XanP则把环状糖水解成可被细菌代谢的半乳糖-1-磷酸。整个过程就像细菌在植物体内建了一个“私人厨房”，就地取材制作专属营养，独享美食。

　　“细菌真的太‘聪明’了！”王善之感叹，它攻破植物细胞后，不希望营养被其他微生物享用，所以用这种方式把营养“锁”起来自己独享。这确保了病原菌的营养优先权。这种机制在黄单胞菌中高度保守，意味着它可能是一种普遍的生存策略。

　　“发现黄单胞糖及其机制时，我兴奋得睡不着觉。这就是科研回报——自我价值的实现。”王善之说。

　　绿色防控的“抗营养”策略

　　基于这一发现，团队开创了“抗营养”型抗病生物育种策略。

　　孙文献解释，这种策略在水稻中表达XanP水解酶，让它能在黄单胞糖被细菌利用前分解掉，也就是把黄单胞糖变成植物又能识别的模样，相当于切断了黄单胞菌的“粮草”。实验显示，表达XanP水解酶的水稻对细菌性条斑病的抗性显著提高，且不影响其他重要农艺性状。

　　这一策略的优势在于广谱性。孙文献介绍，由于AvrBs2系统在黄单胞菌中广泛存在，团队已成功在番茄中应用该策略对抗细菌性斑点病，柑橘溃疡病的测试也在进行中。

　　“我们这篇论文投给《科学》后仅6周就被接收。”孙文献说，这说明基础研究的价值最终会被看见。

　　《科学》发表的评述文章，将这项研究与同期另一篇关于柑橘溃疡病致病机理的论文并置，揭示了不同病原菌获取营养的不同策略。

　　中国工程院院士、西北农林科技大学教授康振生认为，“抗黄单胞糖”策略不仅适用于水稻细菌性条斑病防控，更可能为其他由黄单胞菌引起的作物病害提供一条通用的绿色防控新途径，从而在减少农药使用的同时，为粮食安全生产提供可持续的保障。

　　中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员何祖华表示，这是国际上首次完整揭示了病原菌通过效应蛋白“巧设工厂”，窃取寄主体内的碳源合成其专用碳源并高效吸收和利用的新机制。该发现不仅为作物抗病育种开辟了新路径，也为探索生态友好的植物保护方案提供了全新科学视角。

　　崖州湾国家实验室研究员周俭民的点评尤为引人注目：这属于“从0到1”的发现，为解决生产上的头疼问题提供了新方案，也为全球粮食安全生产贡献了中国智慧。

　　历时十余年，这项研究终于从“非主流”课题到实现国际突破。未来，该团队将继续深挖细菌性条斑病的其他致病机制，推动病害防控进入分子设计时代。 🐉