柑橘是世界第一大水果，我國柑橘栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位。然而，黃龍病卻如同一顆毒瘤，威脅著全球柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

近日，中國科學(xué)院微生物所和西南大學(xué)的科學(xué)家找到了柑橘黃龍病的抗性基因，“柑橘癌癥”有了破解方法。相關(guān)研究以封面論文的形式發(fā)表在《科學(xué)》上。

柑橘黃龍病肆虐全球

在柑橘園中，一棵柑橘樹上爬滿了攜帶有黃龍病菌的木虱。原本翠綠的葉片此時卻泛著病態(tài)的黃色，毫無生機(jī)。樹上結(jié)出的果實小而丑，蒂部呈深紅色，其余部分呈青綠色。

導(dǎo)致柑橘樹呈現(xiàn)這般病態(tài)模樣的，正是讓果農(nóng)聞之色變的黃龍病。這種病害猶如附骨之疽，一旦染上，就如同癌癥般難以根治，果農(nóng)們往往只能忍痛將一大片柑橘果樹齊根砍掉，以防止病害進(jìn)一步擴(kuò)散。

“柑橘黃龍病的病原體是一種名為韌皮部桿菌的細(xì)菌。它就像一個狡猾的入侵者，專挑柑橘的‘血管’，即韌皮部寄生，導(dǎo)致植株根系腐爛、葉片黃化，最終枯死。”在西南大學(xué)柑桔研究所，研究員王雪峰一邊向科技日報記者展示柑橘樹感染黃龍病的圖片，一邊介紹，這種細(xì)菌在實驗室培養(yǎng)皿中無法存活，導(dǎo)致研究極為困難。

然而，黃龍病的可怕之處遠(yuǎn)不止于此。病菌感染后潛伏期長，初期癥狀十分隱蔽，讓人難以察覺。一旦果樹開始顯癥，出現(xiàn)葉片黃化、果實畸形等癥狀時，往往已經(jīng)病入膏肓，無藥可救。

據(jù)介紹，全球商業(yè)化栽培的柑橘品種幾乎都對黃龍病敏感，而且至今還沒有能夠有效根治該病的藥劑。一旦黃龍病暴發(fā)，輕則會導(dǎo)致柑橘減產(chǎn)，重則整個果園都會毀于一旦。

目前，黃龍病已在我國11個省（區(qū)、市）的柑橘產(chǎn)區(qū)發(fā)生，并且近年來呈加重趨勢，嚴(yán)重威脅我國柑橘產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

我國科學(xué)家自20世紀(jì)70年代開始嘗試應(yīng)用抗生素來治療黃龍病，但由于難以根除病害，而且?guī)Р≈仓赀€存在木虱傳播流行風(fēng)險，因此這種方法沒有得到持續(xù)推廣。當(dāng)前，果農(nóng)主要依賴“三板斧”防控黃龍病，即種無病苗、噴藥殺滅傳播病菌的木虱、砍病樹。然而，現(xiàn)實操作中卻困難重重。無病苗木供應(yīng)不足，無法滿足廣大果農(nóng)的需求；木虱防控需區(qū)域內(nèi)果農(nóng)協(xié)同合作；砍樹更是常常因為果農(nóng)的抵觸情緒而難以執(zhí)行。柑橘黃龍病的防控之路，依然任重道遠(yuǎn)。

阻止易感蛋白搞破壞

“我們一直在努力探尋黃龍病防治的可行之道?！蓖跹┓逭f，在西南大學(xué)研究員周常勇牽頭的兩期黃龍病研究與防控相關(guān)國家重點研發(fā)計劃支持下，西南大學(xué)與中國科學(xué)院微生物所的聯(lián)合團(tuán)隊，歷經(jīng)8年研究，終于揭開了柑橘抗黃龍病的關(guān)鍵機(jī)制。

通過深度挖掘我國柑橘屬及蕓香科遠(yuǎn)緣種質(zhì)資源，團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)植物茉莉素信號通路中的核心轉(zhuǎn)錄因子MYC2，以及與其相互作用的E3泛素連接酶PUB21，共同構(gòu)成了抗病調(diào)控的樞紐。

王雪峰表示他們發(fā)現(xiàn)了柑橘體內(nèi)存在的一對“生死冤家”：一方是抗病蛋白MYC2，它宛如植物免疫系統(tǒng)的忠誠衛(wèi)士，時刻守護(hù)著柑橘的健康；另一方則是易感蛋白PUB21，它如同在暗中搞破壞的叛徒，伺機(jī)而動。

在普通柑橘體內(nèi)，PUB21會持續(xù)不斷地降解MYC2，使得植株逐漸喪失抵抗力，只能任由黃龍病菌肆虐。然而，在那些具有抗病特性的柑橘“遠(yuǎn)親”，如花椒、九里香體內(nèi)，PUB21卻發(fā)生了基因突變，科學(xué)家將突變后的PUB21命名為PUB21DN。PUB21DN不再對MYC2構(gòu)成威脅，反而能夠保護(hù)MYC2，從而構(gòu)筑起一道強大的免疫防線。

基于這一重要發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊進(jìn)一步借助人工智能技術(shù)，從海量的數(shù)據(jù)中篩選出一種特殊的小肽，即微型蛋白質(zhì)。這種小肽就像是一把精準(zhǔn)的鎖，能夠緊緊“鎖住”PUB21，有效阻止其對MYC2的破壞，進(jìn)而激活柑橘自身的免疫系統(tǒng)，讓柑橘獲得抵御黃龍病的能力。

可用于治療更多作物“癌癥”

此次研究在全球范圍內(nèi)首次明確了黃龍病抗性基因的分子機(jī)制，并開發(fā)出靶向治療手段。此前，盡管科學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)部分野生柑橘具有一定的抗病性，但由于對其內(nèi)在機(jī)制知之甚少，難以將發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為切實可行的實用技術(shù)。此次研究不僅為抗病品種培育指明了方向，更首次實現(xiàn)了柑橘黃龍病從“被動防控”到“主動治療”的跨越。

這次研究的突破也得益于雙方的合作。西南大學(xué)柑桔研究所深耕黃龍病研究與防控數(shù)十年，積累了大量田間數(shù)據(jù)和組學(xué)數(shù)據(jù)，為研究提供了堅實的基礎(chǔ)；中國科學(xué)院微生物所擅長解析病原與宿主的分子互作。雙方合作中，病理學(xué)家鎖定抗病種質(zhì)資源，分子生物學(xué)家破解基因密碼，計算機(jī)專家設(shè)計智能藥物，各方優(yōu)勢互補，形成了“實驗室—果園—產(chǎn)業(yè)”的全鏈條創(chuàng)新。

為了驗證這一成果的實際效果，研究團(tuán)隊在廣西、江西等地開展了田間試驗。結(jié)果顯示，噴灑含有特殊小肽的藥劑后，柑橘樹上的黃龍病菌定殖量顯著降低，原本病懨懨的柑橘樹也逐漸恢復(fù)了生機(jī)。

中國科學(xué)院微生物研究所研究員葉健介紹，目前，治療小肽仍需3至5年的優(yōu)化時間才能大規(guī)模推廣，但其潛力已引發(fā)廣泛關(guān)注。這項技術(shù)不僅能挽救染病果樹，還可通過改良苗木基因，培育先天抗病的新品種。團(tuán)隊估算，治療小肽大規(guī)模推廣后，我國每年可減少因黃龍病導(dǎo)致的損失超50億元。

王雪峰表示，在全球范圍內(nèi)，由難以培養(yǎng)的細(xì)菌引發(fā)的植物病害超過300種，例如葡萄皮爾斯病、椰子致死黃化病等，這些病害至今都沒有有效的治療方法。而此次研究發(fā)現(xiàn)的“穩(wěn)定抗病蛋白＋靶向小肽”策略，為這類棘手植物病害的防治提供了全新的解決思路。未來，研究團(tuán)隊將繼續(xù)深入探索，為更多作物找到“癌癥”破解之道，為保障全球農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。