在人们眼中，植物总是静默生长。可实际上，在肉眼难以窥见的微观世界，植物和病原微生物之间一场持续的“军备竞赛”从未停歇，双方攻防交织、智斗不休。

王源超（中）在田间指导学生观察疫病的发生情况。南京农大供图

近日，南京农业大学植物保护学院作物疫病研究团队凭借“重大作物疫病致害与防控的分子基础”系统研究，荣获2025年度教育部科学研究优秀成果奖（自然科学和工程技术）特等奖。该研究不仅揭开了疫霉菌致病力强大的“百年之谜”，更为作物绿色防控提供了全新武器与策略。

识破“诱饵”：一场微观世界的攻防智斗

作物疫病被称为“植物瘟疫”，是农业领域的毁灭性杀手。疫霉菌就是作物疫病的主要元凶。一百多年前，它曾引发著名的爱尔兰大饥荒。

在我国，大豆疫霉根腐病年均发生面积超过数千万亩，病情严重的田块甚至绝收，被农业农村部列为对我国农业生产危害特别严重的“I类农作物病害”。

20多年来，作物疫病研究团队聚焦大豆等作物疫病的致害与防控研究，试图解答两大关键科学问题：病原菌如何攻击寄主植物？植物如何启动免疫反击？经过长期研究，他们发现疫霉菌采用效应子的“波浪式”协同攻击策略，并揭示了“诱饵模式”新机制。

在疫霉菌侵染寄主植物的早期阶段，病菌孢子附着植物组织后，分泌大量致病蛋白进入植物细胞。这些致病蛋白被称作“效应子”，是病原菌的关键武器。该研究发现，疫霉菌效应子并不是单打独斗，而是相互协作，展开一场“波浪式攻击”。

“不同效应子组成的集群会分阶段攻击植物免疫系统，一些效应子只会在早期入侵，有一些会持续攻击，还有一些后期才‘登场’。”作物疫病研究团队负责人、南京农大教授王源超介绍，为了防止疫霉菌侵入植物细胞，植物会大量分泌抑制子来干扰效应子的活性，保护植物不受侵害。

团队师生开展大豆病虫害调查。南京农大供图

随着团队研究的不断深入，他们发现这场微观世界的“战争”还存在着更隐蔽的“战术”——疫霉菌采取“诱饵模式”入侵植物。

经过反复培养、提取、验证，团队从大豆根腐病菌的质外体中鉴定到一个核心致病因子：糖基水解酶XEG1。有意思的是，XEG1还有一个孪生兄弟：失去酶活性的突变体XLP1。当疫霉菌释放XLP1时，植物分泌的抑制子GIP1就全体出动防御XLP1。而真正的“武器”XEG1就在XLP1的掩护下，成功攻克植物防线。

“这是一种声东击西的战术，XLP1虽然与XEG1相似、协同作用，但它本身并无破坏力，而是‘分子诱饵’，且吸引抑制子GIP1的能力较XEG1高出5倍以上，欺骗植物免疫系统。”王源超解释说。

作为植物病理学研究的崭新视角，这一突破性发现已被写入《普通植物病理学》教科书。

“在‘诱饵模式’中，诱饵作为另一种重要的致病因子，其识别同样需要得到重视。”英国牛津大学教授雷尼尔·范德霍恩认为，“诱饵模式”研究对抗病分子设计具有重要价值。

发现“哨兵”：植物免疫的关键受体

在发现疫霉菌的“诱饵模式”后，他们意识到，若能找到植物中直接识别核心效应子并启动免疫的“哨兵”，就有可能从源头上阻断疫霉菌的进攻。

团队随即围绕核心效应子XEG1寻找抗病基因。经过对植物细胞膜上千余个受体蛋白的大规模筛选，成功鉴定到XEG1的植物识别受体——跨膜蛋白RXEG1。

RXEG1能激活植物的免疫反应，作物疫病研究团队成员、南京农大教授王燕说，RXEG1贯穿植物细胞膜，当RXEG1在细胞膜外的一端识别致病因子XEG1后，会将病原菌入侵的信号传入细胞内，激活植物的“防御系统”。

除了具备免疫识别功能，RXEG1也能抑制XEG1降解植物细胞壁的活性。“XEG1的酶活性口袋像一个机枪口。”王燕说，“RXEG1正好将XEG1的机枪口堵住，抑制XEG1的酶活性，让其‘解除武装’。”

此项研究于2022年发表于《自然》。德国图宾根大学教授托尔斯滕·纽伦贝格认为，RXEG1受体识别XEG1介导了植物对疫霉菌侵染的抗性，可用于改造作物免疫系统，以抵御不同类别微生物的侵害。

围绕效应子XEG1和免疫受体RXEG1的系列研究，被植物科学领域期刊《分子植物》评价为“疫霉菌和植物间的史诗级战争”，并为此专门撰文评论。

实验表明，RXEG1的免疫激活机制显著提升了多种重大病害的广谱抗性，将该受体转化到大豆中，可显著提高对大豆疫霉的抗性；转化到棉花中，对黄萎病的抗性也明显增强；转化到小麦中，则显著提升了对赤霉病的抗性。

近年来，作物疫病研究团队围绕核心效应子XEG1取得了一系列基础理论突破和前沿技术创新，代表性成果相继在《科学》《自然》期刊发表；两次受邀为《自然评论—微生物学》撰写综述；成果入选“中国高校十大科技进展”和“中国农业科研重大进展”，并获国家自然科学基金创新研究群体和基础科学中心项目的支持。

中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员周俭民认为，对XEG1的研究揭示了植物免疫的新范式，为更好地利用和改造抗病基因、服务绿色农业铺平了道路。

创制新“武器”：从理论到应用的绿色防控利器

在南京农业大学宿州研究院大豆生物育种中心，质谱分析室、分子生物学实验室等一系列实验平台配备齐全。团队另辟蹊径，将AI技术打造为精准育种的“分子手术刀”。

一方面是建立抵御病害的“敌我识别系统”。“我们利用AlphaFold等AI结构预测工具，定位与病原菌靶标蛋白相互作用的关键位点，设计出植物的改良版抗病蛋白GmPMI1。”作物疫病研究团队成员、南京农大副教授夏业强表示，改造后的蛋白能精准抑制疫霉菌的侵染，同时对植物生长所需的同类酶“秋毫无犯”。

团队还借助AI深度预测对XEG1的毒性位点精准解除，并保留其激活免疫的功能。经过反复优化，最终创制出全新蛋白类免疫诱抗剂——“楠秾佑康”。

“楠秾佑康”能模拟效应子信号，快速激活植物免疫，抵抗多种病原菌的侵染，单次使用的效果能持续数周，同时还促进种子萌发、增强光合作用与根系发育。

该产品应用在大豆的效果尤为突出，喷洒后的大豆植株直到生长后期仍保持健壮，籽粒饱满，与未处理植株形成鲜明对比，为解决我国大豆普遍存在的早衰问题提供了新的解决方案。

团队结合前期研发推广的“大豆苗期病虫害种衣剂拌种防控技术”在2024年成为农业农村部重大引领性技术，构成了大豆全程绿色防控体系。

“‘种衣剂’为种子装备能够杀虫杀菌的‘铠甲’与‘武器’，为幼苗赢得早期生长的窗口期；‘楠秾佑康’则在植物生长的中后期建立长时间的‘免疫防线’。”作物疫病研究团队成员、南京农大教授叶文武介绍。

绿色防控技术在大豆生产中示范推广。南京农大供图

绿色防控良法与良种、良机等深度融合，在全国各地的示范田都取得了显著的增产成效。其中，2024年在宿州市埇桥区高产田块实收亩产达323.84公斤，位列农业农村部大豆大面积高产竞赛（清种夏播模式）全国第二名；2025年，高产田块大面积实收亩产提升至344.1公斤，比当地平均亩产大幅度提升。

“从机制机理的突破到广谱抗病基因的挖掘和绿色农药的研发应用，我们团队要做的就是面向国家重大需求，从绿色防控着手、守护大国粮仓。”王源超说。