文献解读 | 南京农业大学张正光教授团队揭示瘟病菌摧毁水稻“能量工厂”致其死亡全新机制,为水稻抗病设计提供新路径

近日，南京农业大学张正光教授团队在国际权威期刊Nature Plants发表题为A fungal nuclease effector subverts the chloroplast genome and triggers cell death to promote infection的研究论文，首次揭示稻瘟病菌通过直接攻击水稻细胞的“能量心脏”——叶绿体，并破坏其遗传物质（DNA），来主动触发细胞死亡，从而完成侵染的“终极一击”。这项研究颠覆传统认知，证实稻瘟病菌在侵染后期直接打击叶绿体这一“核心目标”诱导细胞死亡。

该研究鉴定出一个名为 MoNee6 的关键效应蛋白（可理解为病菌的“特制导弹”）。在侵染后期，MoNee6蛋白大量产生，侵入水稻细胞后，能够精准导航至叶绿体（图1b, c）。随后，它发挥其核酸酶（可理解为“分子剪刀”）活性，直接切割并降解叶绿体内部的DNA（图1d），导致叶绿体的基因表达被全面“熄火”（图1e）。这相当于切断了细胞的“能源总部”和“防御指令中心”，最终导致水稻细胞死亡（图1a），为病菌的扩展扫清了障碍（图1f）。

图1：MoNee6靶向水稻叶绿体降解其基因组促进水稻发病

研究进一步揭示了水稻与病菌之间精妙的“攻防博弈”。水稻并非坐以待毙，其叶绿体内的 Clp蛋白酶复合体（可视为细胞的“质检与回收站”）能够识别并降解入侵的MoNee6蛋白，构成一道防线。然而，狡猾的病菌展开了“反制”：MoNee6蛋白会反向抑制叶绿体自身编码的一个关键组分 OsCLPP1 的表达，从而削弱整个Clp蛋白酶的“质检”能力，成功突破防御。

基于这一精准的机制解析，研究团队提出了具有创新性的抗病育种策略：将OsCLPP1的“生产指令”从易受攻击的叶绿体DNA中“转移”出来，改由细胞核编码，然后再将生产好的OsCLPP1蛋白“送回”叶绿体工作（图2a）。这样，它就绕开了病菌对叶绿体基因组的破坏，恢复 Clp 蛋白酶活性。实验证实，这种“迂回补给”策略能显著增强水稻对稻瘟病的抗性，且不影响其正常生长发育（图2b）。

图2：改造Clp蛋白酶，重建叶绿体防御系统以提升水稻抗病性

本研究从细胞器遗传这一全新层面，揭示了病原真菌操控宿主细胞命运的“斩首”新策略，为设计下一代广谱、持久的作物抗病方案开辟了全新路径（图2c）。鉴于这类效应蛋白在多种病原真菌中广泛存在，该机制具备普适性生物学意义与广阔应用前景。

该论文第一作者为南京农业大学植物保护学院博士生王金涛，张正光教授与刘昕宇副教授为共同通讯作者。张海峰教授、刘木星教授、李刚教授、杨雷云教授及美国路易斯安那健康科学中心 Ping Wang 教授等共同参与研究。研究工作得到国家重点研发计划、中国科协青年人才托举工程、国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02276-x