植物“自產藥”讓細菌“乖乖投降”

　　水稻白葉枯病、番茄青枯病、獼猴桃潰瘍病……這些細菌性病害會引發作物葉斑、枯萎、腐爛，嚴重時可造成作物絕收。

　　然而，傳統抗細菌農藥不僅種類匱乏，而且大多采用銅制劑和抗生素等方式“無差別殺菌”，對環境并不友好。同時，抗生素還容易產生耐藥性。對此，兩個科研團隊合作找到了一種植物“自產藥”——芥酸酰胺，其能讓細菌自我“拆臺”、“繳械”投降，從而達到抗病目的。

　　近日，這項耗費15年的研究成果發表于《科學》，被國際審稿人評價為“植物免疫領域令人激動的發現”。參與研究的兩大主角分別是深耕植物免疫領域的周儉民團隊，來自中國科學院遺傳與發育生物學研究所（以下簡稱遺傳發育所）和崖州灣國家實驗室；在天然產物合成與化學生物學、新藥發現方面造詣深厚的雷曉光團隊，來自北京大學。

　　一場持續15年的“接力賽”

　　時間回到2008年，周儉民偶然讀到一篇文獻。文獻指出，當植物宿主的免疫系統被激活后，病原細菌向宿主細胞分泌毒性蛋白的裝置——Ⅲ型分泌系統就會突然失效。這個裝置如同病毒“注射器”，能將毒性蛋白注入植物細胞。若其失靈，細菌便無法致病。

　　植物體內究竟發生了什么？周儉民對此很好奇。

　　他大膽提出一個假說——植物可能藏著某種小分子或化合物，專門干擾病毒“注射器”。他想把這個隱藏的“武器”找出來，對付植物細菌。但要從成千上萬種植物化合物中找到這個目標，無異于大海撈針。

　　2010年，雷曉光團隊的加入讓周儉民有了強大的隊友。他們像偵探一樣，協力“追蹤”隱藏在植物體內的神秘抗病因子。

　　盡管雷曉光團隊在化學物質分離方面經驗豐富，但要撈到那根“針”也絕非易事。“我們要找的是完全未知的對象，就像開盲盒一樣，全然不清楚會分離出什么。”雷曉光對《中國科學報》說。

　　這項持續15年的研究究竟有“多難產”？周儉民記得，最初因為實驗設計上的一個疏忽，分離出一個假陽性分子，兩年的努力“打了水漂”。之后，該團隊的助理研究員王偉與北京大學的博士生張健等人連續研究了8年，才分離出一個真正的活性分子。雖然其對細菌有一定抑制作用，但并不是他們最期望的那個分子。

　　之后，兩個團隊的更多學生展開“接力賽”，論文共同第一作者、遺傳發育所已畢業博士生繆佩與北京大學已畢業博士生王海軍都參與其中。直到2022年底，他們才從擬南芥中提取出化合物，再通過層層分離、活性測試，最終鎖定一種不起眼的分子——芥酸酰胺。

　　其實，芥酸酰胺在工業上常用作爽滑劑，但它在植物抗病方面的功能此前無人知曉。它是如何讓植物細菌“啞火”的？為了解其背后機制，合作團隊進一步采取“靶點垂釣”策略——將芥酸酰胺作為“魚鉤”，利用化學生物學技術“釣”出與其結合的細菌靶點蛋白HrcC。他們發現，芥酸酰胺就像一把精準的小扳手，能專門靶向HrcC，“擰松”細菌針頭的“基座”，讓整個“注射器”散架。

　　“也就是說，雖然細菌還在，但它已經不能注射毒素了，只能‘乖乖投降’，失去了危害植物的能力。”周儉民解釋說。

　　抗細菌病害新思路

　　為了驗證該發現的有效性，合作團隊將研究搬到了湖北的農田。他們先用芥酸酰胺溶液浸泡番茄幼苗根部，再將其移栽到田地里，發現其對植物的保護效果不亞于市場上的銅制劑農藥和抗生素。初步試驗還發現，如果將芥酸酰胺溶液噴灑到感染病害的植物表面，幾小時就能快速、高效地阻斷細菌攻擊。

　　“更重要的是，芥酸酰胺的穩定性高，對溫度、濕度變化均不太敏感，合成成本也很低，每畝地僅需幾元錢，且對環境無害。”周儉民說。

　　他表示，我國許多地區長期受植物性細菌病害侵襲，如在福建、浙江等地，一場臺風會讓水稻白葉枯病病原菌肆虐，使葉片干枯、大幅減產。在廣西、廣東等南方濕熱區域，番茄、土豆、花生、辣椒等作物感染青枯病病原菌，會造成巨大的經濟損失，嚴重時甚至污染農田土壤，給來年的作物種植帶來挑戰。

　　令周儉民印象深刻的是，2016年四川農業大學一位老師給他發來的資料顯示，當年四川省重點扶貧地區蒼溪縣的獼猴桃因為潰瘍病病原菌肆虐，許多果園被摧毀、撂荒。這讓周儉民十分痛心。

　　而這項基礎研究的突破，為清除植物細菌性病害帶來了全新的解決方案。

　　“傳統農藥多是無差別殺菌，但芥酸酰胺選擇性地讓致病菌‘繳械’，而不影響其他微生物。”雷曉光說，這就像警察只沒收歹徒的兇器，而不傷及無辜。這種精準對抗策略，既能保護作物，又維持了土壤微生物群的平衡。

　　在雷曉光看來，這項研究帶來的更大啟示在于學習自然界的智慧。“在與微生物長達數億年的進化博弈中，植物進化出的抗病策略或許能幫人類找到更多的‘綠色武器’。”

　　在信任中彼此成就

　　談起研究走向成功的秘訣，周儉民和雷曉光不約而同地回答：“團隊合作、優勢互補。”

　　“如果沒有雷曉光，我們團隊現在可能還在‘盲人摸象’。”周儉民笑言，自己化學基礎薄弱，實驗中的很多環節僅靠單打獨斗很難完成。

　　他舉例說，在實驗室發現芥酸酰胺的緊要關頭，該化合物的抑菌活性數據卻忽高忽低，這讓團隊一度陷入困惑。直到雷曉光團隊發現，某些塑料器皿會釋放微量芥酸酰胺，干擾實驗結果，他們才改用玻璃器皿，重新驗證所有步驟。

　　“所以，我們的合作是‘兩條腿走路，缺一不可’。”周儉民說。

　　雷曉光團隊憑借精湛的化學技術，從植物中萃取活性物質、分析分子結構、合成衍生物、發現生物靶標與分子機制；周儉民團隊則專注于解決生物學問題，研究這些物質對植物抗病的影響。雙方優勢互補。

　　15年的科研之路并非一帆風順，但雙方始終保持信任。“遇到困難的時候，我們從沒懷疑過對方團隊的能力。”雷曉光說。

　　研究團隊期待，下一步能與企業合作，推動相關研究落地，將芥酸酰胺作為綠色農藥使用，替代高風險的銅制劑和農用抗生素，讓農民用上便宜又環保的“植物自產藥”。

　　他們還希望通過基因編輯讓作物自身合成更多芥酸酰胺，從而催生新一代“免疫增強型”農作物。“我們在水稻中初步驗證，改造后的植株對白葉枯病的抗性顯著提升。”周儉民對記者說。

　　研究團隊表示，農藥噴灑與抗病育種這兩種應用方式，未來或能覆蓋主糧、果蔬等不同場景，尤其對獼猴桃潰瘍病等“無藥可治”的病害意義重大。