植物細菌性病害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)平衡的重大威脅之一。這類病害由病原細菌侵染植物組織引發(fā)，可導致葉斑、枯萎、腐爛等多種癥狀，嚴重時甚至造成農(nóng)作物大面積減產(chǎn)乃至絕收。這不僅直接威脅全球糧食安全，還會引發(fā)一系列連鎖反應，包括經(jīng)濟損失、生態(tài)環(huán)境破壞等深遠影響。

　　目前，植物細菌性病害的防控工作面臨嚴峻挑戰(zhàn)：病原菌耐藥性的快速進化使得傳統(tǒng)農(nóng)藥的防治效果顯著下降;致病菌的持續(xù)變異對新型農(nóng)藥研發(fā)提出了更高的技術要求，現(xiàn)有防治體系的有效性正面臨前所未有的考驗。在此背景下，深入研究植物自身的抗病機制及其化學防御策略，對開發(fā)環(huán)境友好型新型農(nóng)藥、構建可持續(xù)的病害防控體系具有重要的理論和實踐意義。這一研究方向不僅有助于降低細菌性病害的危害程度，更為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綠色轉型提供了新的突破口。

　　2025年2月28日，北京大學化學與分子工程學院/北大-清華生命科學聯(lián)合中心雷曉光教授團隊聯(lián)合中國科學院遺傳發(fā)育所/崖州灣國家實驗室周儉民研究員團隊在Science上發(fā)表了題為“A widespread plant defense compound disarms bacterial type III injectisome assembly”的研究論文(Science 2025, 387, eads0377)，首次揭示了一類植物內(nèi)源存在的、具有作用機制獨特、廣譜抗菌活性的天然產(chǎn)物分子——芥酸酰胺。研究表明，芥酸酰胺通過特異性破壞植物病原細菌的三型分泌系統(tǒng)(T3SS)組裝，有效抑制其致病力，從而實現(xiàn)對多種細菌侵染的廣譜抑制作用。這一機制體現(xiàn)了“不戰(zhàn)而屈人之兵”的創(chuàng)新抗菌策略，與傳統(tǒng)抗生素藥物相比具有顯著優(yōu)勢：芥酸酰胺不直接殺滅細菌，而是選擇性地降低病原菌的致病力，這種獨特的作用模式不僅確保了更高的生物安全性，還顯著減少了對環(huán)境的污染風險，同時有效規(guī)避了細菌耐藥性的產(chǎn)生。這一重大科學發(fā)現(xiàn)為新型生物農(nóng)藥的研發(fā)開辟了全新路徑，對推動綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實踐意義。

論文截圖

　　雷曉光團隊長期致力于機理導向的、且具有轉化前景的天然產(chǎn)物化學生物學研究。在過去的兩年內(nèi)，他們在利用天然產(chǎn)物治療人類重大疾病、發(fā)現(xiàn)具有重要生理和病理意義的人體內(nèi)源天然產(chǎn)物分子，以及揭示重要天然藥物分子生物合成途徑等多個研究方向上取得了開拓性的研究成果，相關工作陸續(xù)發(fā)表在Science 2023, 381, eadd5787;Cell 2024, 187, 7164;Science 2024, 386, eadl0799;Science 2024, 383, 622。

　　圍繞“發(fā)現(xiàn)具有獨特作用機制的植物內(nèi)源抗病天然產(chǎn)物”這一關鍵科學問題，自2015年起，雷曉光團隊與周儉民團隊展開了深入的合作研究。這一跨學科合作充分發(fā)揮了雙方的優(yōu)勢：雷曉光團隊在活性天然產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)、合成及靶標鑒定等化學生物學研究領域具有深厚積累，而周儉民團隊則在植物天然免疫機制研究方面擁有豐富的經(jīng)驗?；谶@一強強聯(lián)合，合作團隊于2020年在Cell Host & Microbe上發(fā)表了突破性研究成果，首次揭示了植物通過產(chǎn)生異硫氰酸酯類天然產(chǎn)物分子Sulforaphane(SFN)特異性抑制植物病原菌III型分泌系統(tǒng)的分子機制。這一重要發(fā)現(xiàn)為后續(xù)研究奠定了堅實基礎。在此基礎上，合作團隊持續(xù)深耕植物抗病天然產(chǎn)物領域，成功鑒定出一類具有全新作用機制的抗病天然產(chǎn)物，為植物免疫研究開辟了新的方向。

　　在該項突破性研究中，合作團隊通過系統(tǒng)的分離、純化和鑒定，發(fā)現(xiàn)了一種全新的植物抗病化合物——芥酸酰胺。與傳統(tǒng)的植物抗病化合物相比，芥酸酰胺具有顯著的特征：它不僅廣泛存在于水稻、大豆等多種重要農(nóng)作物中，而且能夠在植物免疫激活后大量積累，展現(xiàn)出對多種病原細菌的廣譜抗性。尤為重要的是，芥酸酰胺的作用機制突破了傳統(tǒng)認知：不同于一般植物抗病化合物通過直接殺滅或抑制微生物生長的抗病方式，芥酸酰胺采用了一種更為精巧的策略——特異性解除病原細菌的“武器”系統(tǒng)。

　　研究發(fā)現(xiàn)，芥酸酰胺能夠靶向破壞病原細菌的關鍵致病裝置——三型分泌系統(tǒng)(Type III secretion system, T3SS)。T3SS是許多動植物病原細菌用于向宿主細胞分泌毒性效應蛋白的核心裝置，對細菌致病性至關重要。通過遺傳學實驗，研究團隊證實芥酸酰胺的積累是植物實現(xiàn)對病原細菌免疫的關鍵機制。進一步的研究揭示，芥酸酰胺與T3SS的重要組分HrcC蛋白特異性結合，干擾其在病原細菌外膜上的正確定位，從而有效抑制T3SS的組裝，使病原細菌失去致病能力。

　　為深入解析芥酸酰胺的作用機制，研究團隊綜合運用了多種先進技術手段：通過合成大量芥酸酰胺衍生物并進行系統(tǒng)活性分析，確定了抗病活性分子的關鍵化學結構;結合化學蛋白質(zhì)組學、生化實驗、蛋白結構預測、分子對接及分子動力學模擬等方法，闡明了芥酸酰胺與HrcC蛋白的相互作用機制。值得注意的是，芥酸酰胺對水稻白葉枯病、番茄青枯病等多種重要作物細菌性病害均表現(xiàn)出顯著的保護效果，顯示出廣闊的農(nóng)業(yè)應用前景。

　　這項研究不僅突破了領域內(nèi)對植物抗性代謝物作用機制的傳統(tǒng)認知，更為開發(fā)環(huán)境友好型生物農(nóng)藥和開展作物抗病分子育種提供了重要的理論基礎和技術支撐，對推動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的科學意義和應用價值。

芥酸酰胺通過抑制細菌三型分泌系統(tǒng)組裝而產(chǎn)生廣譜抗菌活性的工作模型

　　中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所已畢業(yè)研究生繆佩、北京大學已畢業(yè)研究生王海軍及中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所副研究員王偉為論文的共同第一作者，雷曉光和周儉民為共同通訊作者。北京大學王繼縱研究團隊、上海交通大學姚玉峰團隊等也參與了這項工作。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目和北京分子科學國家研究中心、北大-清華生命科學聯(lián)合中心等機構的資助。