在人們眼中，植物總是靜默生長。可實際上，在肉眼難以窺見的微觀世界，植物和病原微生物之間一場持續的“軍備競賽”從未停歇，雙方攻防交織、智斗不休。
近日，南京農業大學植物保護學院作物疫病研究團隊憑借“重大作物疫病致害與防控的分子基礎”系統研究，榮獲2025年度教育部科學研究優秀成果獎（自然科學和工程技術）特等獎。該研究不僅揭開了疫霉菌致病力強大的“百年之謎”，更為作物綠色防控提供了全新武器與策略。
識破“誘餌”：一場微觀世界的攻防智斗
作物疫病被稱為“植物瘟疫”，是農業領域的毀滅性殺手。疫霉菌就是作物疫病的主要元兇。一百多年前，它曾引發著名的愛爾蘭大饑荒。
在我國，大豆疫霉根腐病年均發生面積超過數千萬畝，病情嚴重的田塊甚至絕收，被農業農村部列為對我國農業生產危害特別嚴重的“I類農作物病害”。
20多年來，作物疫病研究團隊聚焦大豆等作物疫病的致害與防控研究，試圖解答兩大關鍵科學問題：病原菌如何攻擊寄主植物？植物如何啟動免疫反擊？經過長期研究，他們發現疫霉菌采用效應子的“波浪式”協同攻擊策略，并揭示了“誘餌模式”新機制。
在疫霉菌侵染寄主植物的早期階段，病菌孢子附著植物組織后，分泌大量致病蛋白進入植物細胞。這些致病蛋白被稱作“效應子”，是病原菌的關鍵武器。該研究發現，疫霉菌效應子并不是單打獨斗，而是相互協作，展開一場“波浪式攻擊”。
“不同效應子組成的集群會分階段攻擊植物免疫系統，一些效應子只會在早期入侵，有一些會持續攻擊，還有一些后期才‘登場’。”作物疫病研究團隊負責人、南京農大教授王源超介紹，為了防止疫霉菌侵入植物細胞，植物會大量分泌抑制子來干擾效應子的活性，保護植物不受侵害。
隨著團隊研究的不斷深入，他們發現這場微觀世界的“戰爭”還存在著更隱蔽的“戰術”——疫霉菌采取“誘餌模式”入侵植物。
經過反復培養、提取、驗證，團隊從大豆根腐病菌的質外體中鑒定到一個核心致病因子：糖基水解酶XEG1。有意思的是，XEG1還有一個孿生兄弟：失去酶活性的突變體XLP1。當疫霉菌釋放XLP1時，植物分泌的抑制子GIP1就全體出動防御XLP1。而真正的“武器”XEG1就在XLP1的掩護下，成功攻克植物防線。
“這是一種聲東擊西的戰術，XLP1雖然與XEG1相似、協同作用，但它本身并無破壞力，而是‘分子誘餌’，且吸引抑制子GIP1的能力較XEG1高出5倍以上，欺騙植物免疫系統。”王源超解釋說。
作為植物病理學研究的嶄新視角，這一突破性發現已被寫入《普通植物病理學》教科書。
“在‘誘餌模式’中，誘餌作為另一種重要的致病因子，其識別同樣需要得到重視。”英國牛津大學教授雷尼爾·范德霍恩認為，“誘餌模式”研究對抗病分子設計具有重要價值。
發現“哨兵”：植物免疫的關鍵受體
在發現疫霉菌的“誘餌模式”后，他們意識到，若能找到植物中直接識別核心效應子并啟動免疫的“哨兵”，就有可能從源頭上阻斷疫霉菌的進攻。
團隊隨即圍繞核心效應子XEG1尋找抗病基因。經過對植物細胞膜上千余個受體蛋白的大規模篩選，成功鑒定到XEG1的植物識別受體——跨膜蛋白RXEG1。
RXEG1能激活植物的免疫反應，作物疫病研究團隊成員、南京農大教授王燕說，RXEG1貫穿植物細胞膜，當RXEG1在細胞膜外的一端識別致病因子XEG1后，會將病原菌入侵的信號傳入細胞內，激活植物的“防御系統”。
除了具備免疫識別功能，RXEG1也能抑制XEG1降解植物細胞壁的活性。“XEG1的酶活性口袋像一個機槍口。”王燕說，“RXEG1正好將XEG1的機槍口堵住，抑制XEG1的酶活性，讓其‘解除武裝’。”
此項研究于2022年發表于《自然》。德國圖賓根大學教授托爾斯滕·紐倫貝格認為，RXEG1受體識別XEG1介導了植物對疫霉菌侵染的抗性，可用于改造作物免疫系統，以抵御不同類別微生物的侵害。
圍繞效應子XEG1和免疫受體RXEG1的系列研究，被植物科學領域期刊《分子植物》評價為“疫霉菌和植物間的史詩級戰爭”，并為此專門撰文評論。
實驗表明，RXEG1的免疫激活機制顯著提升了多種重大病害的廣譜抗性，將該受體轉化到大豆中，可顯著提高對大豆疫霉的抗性；轉化到棉花中，對黃萎病的抗性也明顯增強；轉化到小麥中，則顯著提升了對赤霉病的抗性。
近年來，作物疫病研究團隊圍繞核心效應子XEG1取得了一系列基礎理論突破和前沿技術創新，代表性成果相繼在《科學》《自然》期刊發表；兩次受邀為《自然評論—微生物學》撰寫綜述；成果入選“中國高校十大科技進展”和“中國農業科研重大進展”，并獲國家自然科學基金創新研究群體和基礎科學中心項目的支持。
中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員周儉民認為，對XEG1的研究揭示了植物免疫的新范式，為更好地利用和改造抗病基因、服務綠色農業鋪平了道路。
創制新“武器”：從理論到應用的綠色防控利器
在南京農業大學宿州研究院大豆生物育種中心，質譜分析室、分子生物學實驗室等一系列實驗平臺配備齊全。團隊另辟蹊徑，將AI技術打造為精準育種的“分子手術刀”。
一方面是建立抵御病害的“敵我識別系統”。“我們利用AlphaFold等AI結構預測工具，定位與病原菌靶標蛋白相互作用的關鍵位點，設計出植物的改良版抗病蛋白GmPMI1。”作物疫病研究團隊成員、南京農大副教授夏業強表示，改造后的蛋白能精準抑制疫霉菌的侵染，同時對植物生長所需的同類酶“秋毫無犯”。
團隊還借助AI深度預測對XEG1的毒性位點精準解除，并保留其激活免疫的功能。經過反復優化，最終創制出全新蛋白類免疫誘抗劑——“楠秾佑康”。
“楠秾佑康”能模擬效應子信號，快速激活植物免疫，抵抗多種病原菌的侵染，單次使用的效果能持續數周，同時還促進種子萌發、增強光合作用與根系發育。
該產品應用在大豆的效果尤為突出，噴灑后的大豆植株直到生長后期仍保持健壯，籽粒飽滿，與未處理植株形成鮮明對比，為解決我國大豆普遍存在的早衰問題提供了新的解決方案。
團隊結合前期研發推廣的“大豆苗期病蟲害種衣劑拌種防控技術”在2024年成為農業農村部重大引領性技術，構成了大豆全程綠色防控體系。
“‘種衣劑’為種子裝備能夠殺蟲殺菌的‘鎧甲’與‘武器’，為幼苗贏得早期生長的窗口期；‘楠秾佑康’則在植物生長的中后期建立長時間的‘免疫防線’。”作物疫病研究團隊成員、南京農大教授葉文武介紹。
綠色防控良法與良種、良機等深度融合，在全國各地的示范田都取得了顯著的增產成效。其中，2024年在宿州市埇橋區高產田塊實收畝產達323.84公斤，位列農業農村部大豆大面積高產競賽（清種夏播模式）全國第二名；2025年，高產田塊大面積實收畝產提升至344.1公斤，比當地平均畝產大幅度提升。
“從機制機理的突破到廣譜抗病基因的挖掘和綠色農藥的研發應用，我們團隊要做的就是面向國家重大需求，從綠色防控著手、守護大國糧倉。”王源超說。