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胡芷巧 2025-05-14 人工智能 8237 人已围观

锁住“叛徒蛋白” 攻克“柑橘癌症”

柑橘是世界第一大水果⑲,我国柑橘栽培面积和产量均居世界首位⑰。然而⑱,黄龙病却如同一颗毒瘤⑲,威胁着全球柑橘产业发展②。

近日③,中国科学院微生物所和西南大学的科学家找到了柑橘黄龙病的抗性基因❶,“柑橘癌症”有了破解方法⑰。相关研究以封面论文的形式发表在《科学》上⑤。

柑橘黄龙病肆虐全球①、在柑橘园中⑥,一棵柑橘树上爬满了携带有黄龙病菌的木虱⑭。原本翠绿的叶片此时却泛着病态的黄色⑭,毫无生机⑰。树上结出的果实小而丑⑫,蒂部呈深红色⑧,其余部分呈青绿色⑩。

导致柑橘树呈现这般病态模样的⑥,正是让果农闻之色变的黄龙病⑫。这种病害犹如附骨之疽④,一旦染上⑲,就如同癌症般难以根治⑫,果农们往往只能忍痛将一大片柑橘果树齐根砍掉⑯,以防止病害进一步扩散▓。“柑橘黄龙病的病原体是一种名为韧皮部杆菌的细菌⑨。它就像一个狡猾的入侵者⑪,专挑柑橘的‘血管’①,即韧皮部寄生❸,导致植株根系腐烂❸、叶片黄化⑲,最终枯死⑫。”在西南大学柑桔研究所④,研究员王雪峰一边向科技日报记者展示柑橘树感染黄龙病的图片⑱,一边介绍⑤,这种细菌在实验室培养皿中无法存活③,导致研究极为困难⑥。

然而⑫,黄龙病的可怕之处远不止于此⑰。病菌感染后潜伏期长⑮,初期症状十分隐蔽⑰,让人难以察觉⑰。一旦果树开始显症❷,出现叶片黄化⑳、果实畸形等症状时⑯,往往已经病入膏肓⑪,无药可救⑤。

据介绍①,全球商业化栽培的柑橘品种几乎都对黄龙病敏感⑧,而且至今还没有能够有效根治该病的药剂▓。一旦黄龙病暴发⑲,轻则会导致柑橘减产⑪,重则整个果园都会毁于一旦▓。

目前⑫,黄龙病已在我国11个省的柑橘产区发生▓,并且近年来呈加重趋势⑳,严重威胁我国柑橘产业高质量发展⑩。

我国科学家自20世纪70年代开始尝试应用抗生素来治疗黄龙病❸,但由于难以根除病害③,而且带病植株还存在木虱传播流行风险⑳,因此这种方法没有得到持续推广⑭。当前⑩,果农主要依赖“三板斧”防控黄龙病④,即种无病苗▓、喷药杀灭传播病菌的木虱④、砍病树❷。然而⑨,现实操作中却困难重重②。无病苗木供应不足⑪,无法满足广大果农的需求⑩;木虱防控需区域内果农协同合作⑭;砍树更是常常因为果农的抵触情绪而难以执行③。柑橘黄龙病的防控之路⑲,依然任重道远⑰。

阻止易感蛋白搞破坏“我们一直在努力探寻黄龙病防治的可行之道⑯。”王雪峰说⑦,在西南大学研究员周常勇牵头的两期黄龙病研究与防控相关国家重点研发计划支持下⑳,西南大学与中国科学院微生物所的联合团队❸,历经8年研究⑪,终于揭开了柑橘抗黄龙病的关键机制⑱。

通过深度挖掘我国柑橘属及芸香科远缘种质资源⑫,团队首次发现植物茉莉素信号通路中的核心转录因子MYC2②,以及与其相互作用的E3泛素连接酶PUB21⑬,共同构成了抗病调控的枢纽⑳。

王雪峰表示他们发现了柑橘体内存在的一对“生死冤家”:一方是抗病蛋白MYC2⑳,它宛如植物免疫系统的忠诚卫士⑩,时刻守护着柑橘的健康⑧;另一方则是易感蛋白PUB21⑪,它如同在暗中搞破坏的叛徒①,伺机而动⑫。

在普通柑橘体内⑳,PUB21会持续不断地降解MYC2④,使得植株逐渐丧失抵抗力①,只能任由黄龙病菌肆虐⑰。然而⑱,在那些具有抗病特性的柑橘“远亲”⑦,如花椒▓、九里香体内⑩,PUB21却发生了基因突变⑤,科学家将突变后的PUB21命名为PUB21DN⑫。PUB21DN不再对MYC2构成威胁⑭,反而能够保护MYC2⑳,从而构筑起一道强大的免疫防线⑨。

基于这一重要发现⑥,研究团队进一步借助人工智能技术▓,从海量的数据中筛选出一种特殊的小肽❷,即微型蛋白质⑰。这种小肽就像是一把精准的锁⑰,能够紧紧“锁住”PUB21▓,有效阻止其对MYC2的破坏④,进而激活柑橘自身的免疫系统②,让柑橘获得抵御黄龙病的能力⑪。

可用于治疗更多作物“癌症”

此次研究在全球范围内首次明确了黄龙病抗性基因的分子机制⑯,并开发出靶向治疗手段❷。此前▓,尽管科学界已经发现部分野生柑橘具有一定的抗病性⑭,但由于对其内在机制知之甚少⑳,难以将发现转化为切实可行的实用技术⑧。此次研究不仅为抗病品种培育指明了方向⑳,更首次实现了柑橘黄龙病从“被动防控”到“主动治疗”的跨越⑬。

这次研究的突破也得益于双方的合作⑰。西南大学柑桔研究所深耕黄龙病研究与防控数十年❶,积累了大量田间数据和组学数据⑤,为研究提供了坚实的基础⑫;中国科学院微生物所擅长解析病原与宿主的分子互作⑲。双方合作中▓,病理学家锁定抗病种质资源⑭,分子生物学家破解基因密码⑫,计算机专家设计智能药物①,各方优势互补⑫,形成了“实验室—果园—产业”的全链条创新⑤。

为了验证这一成果的实际效果⑰,研究团队在广西❷、江西等地开展了田间试验▓。结果显示⑫,喷洒含有特殊小肽的药剂后⑪,柑橘树上的黄龙病菌定殖量显着降低①,原本病恹恹的柑橘树也逐渐恢复了生机❶。

中国科学院微生物研究所研究员叶健介绍⑲,目前⑩,治疗小肽仍需3至5年的优化时间才能大规模推广⑰,但其潜力已引发广泛关注❶。这项技术不仅能挽救染病果树❶,还可通过改良苗木基因⑰,培育先天抗病的新品种⑨。团队估算⑬,治疗小肽大规模推广后⑰,我国每年可减少因黄龙病导致的损失超50亿元⑲。

王雪峰表示⑭,在全球范围内⑪,由难以培养的细菌引发的植物病害超过300种②,例如葡萄皮尔斯病⑱、椰子致死黄化病等⑦,这些病害至今都没有有效的治疗方法⑪。而此次研究发现的“稳定抗病蛋白+靶向小肽”策略⑤,为这类棘手植物病害的防治提供了全新的解决思路⑬。未来③,研究团队将继续深入探索⑧,为更多作物找到“癌症”破解之道⑦,为保障全球农业的可持续发展贡献力量⑯。

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