12月4日，山东农业大学植物保护学院丁新华教授团队在国际著名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）发表了题为“The apoplastic protein OsCPlP8 confers dual protection by inhibiting pathogenic protease and activating rice immunity”的最新研究结果。该研究成功破解了植物早期免疫防御机制，全面系统揭示了植物细胞通过外泌防御性蛋白拮抗病原毒力，同时通过受体识别激活自身免疫的双重抗病机制，为抗病作物育种、免疫蛋白类生物农药研发奠定重要理论基础，对保障国家粮食安全、助力我国作物生产高质量发展具有重要意义。

根据联合国粮食及农业组织（FAO）估计，全球每年因病虫害导致的作物产量损失高达40%以上。《黄帝内经》有云，“上工治未病”，但对于作物来说，其病害早期防御机制研究匮乏，导致始终无法在病害初期进行有效防治。

水稻是我国第一大粮食作物。近年来，由条斑病细菌（Xoc）引起的细菌性条斑病已发展成为危害水稻生产的第二大细菌性病害，严重时可导致水稻减产60%以上。

丁新华介绍，在水稻体内，正日夜不休地激烈上演着一场肉眼无法捕捉的“微观战争”。质外体（细胞间隙）作为水稻细胞与病原的前沿战场，病原不断进化进攻性“武器”，企图瓦解水稻的防御体系。而水稻细胞，则巧妙进化出更为精密的“攻防一体系统”，实现双重免疫防护。

“在水稻与致病菌的‘微观战场上’，一场跨越万年的‘军备竞赛’从未停止，而半胱氨酸蛋白酶成为双方博弈的关键棋子。病原将其化作‘生化利刃’，意图刺破植物的免疫屏障。而植物则以半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白为‘护身盾牌’，构筑起坚固的防御工事。”丁新华说，“但其中精妙的‘攻守机制’一直尚未被阐明。”

该团队通过高分辨力质谱鉴定分析从感染Xoc的水稻质外体中捕捉到了一个Xoc外泌的半胱氨酸蛋白酶（XoCysP1），其缺失导致病原致病性大幅降低，属于病原关键致病因子。实验证实，XoCysP1被Xoc分泌至体外，XoCysP1与水稻质外体抗病相关蛋白OsXIP2互作后，XoCysP1能直接降解OsXIP2以摧毁水稻前哨防御阵地，实现秘密入侵。

面对如此犀利的攻击，水稻并非坐以待毙。“我们在上千种水稻外泌蛋白中筛选、鉴定到一个半胱氨酸蛋白酶抑制蛋白（OsCPIP8）。通过进一步研究分析，发现OsCPIP8能精准识别XoCysP1，迫使XoCysP1‘缴械’，丧失降解OsXIP2的能力，保护水稻细胞质外体防御系统。这即为OsCPIP8调控的水稻第一重防御。”该论文第一作者、植物保护学院博士张建和副教授路冲冲将其形象比喻为“御敌于国门之外”。

OsCPIP8防御病原入侵模式图

OsCPIP8的厉害之处远不止于此。团队进一步研究发现，OsCPIP8本身还是一个关键的“信号兵”。当OsCPIP8在质外体中识别XoCysP1的同时，会与细胞膜上的类受体激酶OsRLK8及其共受体OsSERK2互相识别，实现战场前沿（质外体）与指挥部（细胞核）的远距离通话，水稻细胞会立即激活水稻的基础免疫反应（ROS爆发、抗病蛋白基因表达等），让水稻进入全面戒备状态。这是水稻的第二重防御，团队将其比作“出兵讨贼，全面迎敌”。

简单来说，OsCPIP8蛋白扮演了一个前所未有的双重角色，它既是对抗病原菌毒性蛋白的“抑制剂”，又是激活植物免疫信号的“激发子”。丁新华表示，“这种‘双保险’机制，极大地丰富了我们对植物免疫系统的认知，也为未来开发新型绿色农药和培育广谱抗病作物提供了全新的思路与靶标。

团队简介

丁新华教授课题组长期从事植物与微生物互作和植物免疫分子机理研究、植物免疫诱抗剂及绿色防控技术研发，以通讯或第一作者在Nature Communications、Molecular Plant、Plant Cell、Journal of Advanced Research、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist、Plant Communications等期刊发表SCI论文100余篇，引用超过4600余次。主持国家重点研发计划子课题、国家重大科技专项子课题、国家自然科学基金面上项目、山东省重大基础研究项目、山东省自然科学杰出青年基金等三十余项。

山东农业大学丁新华教授为论文通讯作者，植保学院博士研究生张建和路冲冲副教授为共同第一作者。硕士研究生孙艺涵，博士后Muhammad Zunair Latif，尹梓屹教授，李洋副教授，赵海朋副教授，本科生郭祥宇、胡昊哲、刘岱鑫参与本项研究。本研究由国家自然科学基金(32272557, 32072500，32502513)、山东省自然科学基金重大基础研究项目(ZR2022ZD23, ZR2024ZD07)、山东省重点研发计划(2024CXGC010908, 2024LZGCQY009)、山东省泰山学者计划(tstp20221117)等项目共同资助。

来源：党委宣传部（新闻中心）植保学院

编辑：郭海涵 张圣晗 王晓 韩若瑜审校：胡学俭 李涛 张钦龙 王琪 赵然

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