回国三年 揪出植物病害的“元凶”

2017-09-18 08:44:48来源:青岛晚报

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原标题:回国三年,揪出植物病害“元凶”

是什么决定了植物病害?为了这个问题,在美国从事科研工作5年的梁文星毅然回国,在青岛农业大学植物医学学院和团队倾心研究多年。这些年,团队从行业中较为偏门的研究领域出发,抽丝剥茧,逐步寻找植物病害的终极奥妙。

植物机体的细胞在执行任务时,需要不同的“兵器”,梁文星团队针对“兵器”的变异,从分子遗传学、生物化学等多种角度,阐明了“‘兵器变异’与病原菌相互作用中”的机制。该研究成果近日荣获了“2017年度国家自然科学基金优秀青年科学基金”的立项资助。

创新 寻找控制植物病害“元凶”

千百年来,农业一直是国民经济命脉,农业发展直接关系到社会的稳定与发展。近年来,随着气候、土壤、水质的变化以及经济快速发展、城市化进程迅速推进等带来的负面影响,植物病害出现的几率越来越大,也威胁粮食安全。据不完全估算,近年来植物病害造成全球粮食和其他作物减产近20%,全球范围内每年造成的经济损失约1000亿美元。

当前对抗农业病害的第一选择是合成农药,但农药防治植物病害效果虽然很好,也给环境和人类健康带来很大安全隐患,以绿色环保手段防治植物病害,在保证品质的同时提高产量成为当前农业生产中的一大关键难题。

2014年5月,梁文星以“泰山学者海外特聘专家”身份回国工作,在青岛农业大学筹建了分子植物病理学与蛋白质科学研究中心。凭借多年从事的科研基础,梁文星带领团队将目标锁定在植物蛋白中的一种机理,从而在此基础上以生物手段防治植物病害,提高作物产量,解决长期以来困扰中国农业的病害问题。

突破 探秘植物基因让真相大白

到底是什么导致植物出现病变?

研究中,梁文星团队发现,“蛋白乙酰化修饰”在致病过程中起关键作用。什么是“蛋白乙酰化修饰”?梁文星解释说,动植物最基本的结构与功能单位是细胞,而细胞主要通过蛋白质来执行复杂的任务,延续机能。好比打仗需要不同的兵器,蛋白质执行不同的任务需要进行不同的 “变异”,一旦蛋白质“被嫁接”上一种叫“乙酰基”的基团,它就“被修饰”成了乙酰化蛋白质。动植物体内还有几十种甚至上百种“修饰”,比如磷酸化修饰、甲基化修饰、乙酰化修饰只是其中之一。

在行业内,“乙酰化修饰”的研究常存在于微生物中,在植物病原菌中的研究较少。梁文星团队发现了其中的奥妙,他们运用新的科技手段,首次发现了“乙酰化修饰”能够影响植物体内的核酸酶活性。

这一研究成果使人们对植物机体内酶调控的认识又向前迈进了一大步。 2016年,梁文星团队与美国迈阿密大学合作,在国际上首次报道乙酰化修饰能够调控原核生物蛋白质的稳定性以及细菌的抗逆反应,发现乙酰化修饰与病原菌的致病性密切相关,揭示了核糖核酸代谢在植物和细菌对逆境抗性反应中的作用。

之后,该研究发表于生物化学领域的国际著名期刊Nucleic AcidsResearch(影响因子9.112),研究结果对于控制病害的发生以及提高植物抗病性具有重要意义。梁文星团队成果由此被评为该刊的突破性进展成果。

新领域 从病原菌角度开发新型农药

从“乙酰化修饰”出发,响应国家“减肥减药”号召,梁文星团队寻找到的下一个突破点是全球第一大蔬菜——番茄的病害防治研究。“做番茄病害防治研究就是为了从病原菌角度开发新型农药。”他的团队也因此得到一个有意思的名字——“番茄战队”。

以番茄枯萎菌为对象,梁文星课题组综合应用植物病理学、分子遗传学、生物化学等多种手段阐明了植物病原菌相互作用的分子机制,解析了乙酰化修饰的生物学意义,为通过设计特异性高、低毒的小分子药物,最终提高作物产量奠定了分子基础。

此外,梁文星团队还发现了两种新的化合物,成功申请国家发明专利。这两种化合物对植物病原真菌具有良好的抑制活性作用,可以用于防治由植物病原菌引起的植物病害。而且这是两种可降解、无污染、对环境友好的小分子化合物,对人畜非常安全,能够保证农产品及果蔬的高品质,符合可持续发展要求。

青岛晚报/掌上青岛/青网 记者 薛飞

■人物简介

梁文星

梁文星在美国从事科研工作五年,主要进行人类病原菌控制研究,非常了解和熟悉国外病原菌研究前沿。回国后,他围绕国家重大需求和国际学术前沿,转而研究困扰中国农业发展的关键问题,先后主持国家自然科学基金面上项目、转基因生物新品种培育重大专项、国家微生物资源平台建设项目等多项重大课题;发表SCI论文9篇,其中两篇研究论文发表在国际顶级期刊Molecular Cell上,累计影响因子超过40,单篇超过13.9。 

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