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国家“优青”梁文星:从“乙酰化修饰”突破植物病害科研难题

发布时间:2017-09-06   来源:青岛市科协   作者:青岛农业大学 薛春燕 周维维   浏览次数:103

  近日,青岛农业大学植物医学学院梁文星教授喜获2017年度国家自然科学基金优秀青年科学基金立项资助,其在植物病理学领域的系列突破性成果,特别是近年来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的“乙酰化修饰在植物与病原菌相互作用中的机制”,为生物农药研发提供新了有效路径。

  创新性研究:

  --寻找控制植物病害的“罪魁祸首”

  我国自古以农立国,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,严重影响着农作物产量和农民收入,进而威胁粮食安全。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。凭借多年从事蛋白乙酰化修饰研究的科研基础,梁文星带领团队将目标锁定在病原菌与植物中蛋白乙酰化修饰的机理与意义上,试图探索植物中蛋白乙酰化修饰在生物抗逆反应中的作用,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。

  突破性进展:

  --“乙酰化修饰”真相大白

  包括组蛋白以及非组蛋白的乙酰化修饰,是一种普遍存在、可逆而且高度调控的蛋白质翻译后修饰方式。通过研究,梁文星团队很快发现,蛋白乙酰化修饰在病原菌的致病过程中起关键作用。

  “虽然蛋白乙酰化在微生物中广泛存在,但在植物病原菌中的研究却很少。”梁文星团队运用蛋白质组学方法,首次发现了蛋白乙酰化修饰能够影响核酸酶活性,进而调控底物RNA的水平以及细胞的抗逆反应,即生物可以通过核酸酶来实现细胞的自动调节。

  “由于第501位赖氨酸位于RNaseⅡ的催化活性中心,这一修饰能够降低RNaseⅡ结合底物的能力并最终影响该酶的活性。当细胞遭遇如饥饿胁迫等逆境后,RNaseⅡ的乙酰化水平会升高,从而使生物能够更好地适应不同的生长环境。” 梁文星介绍。

  2016年,梁文星教授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RNA代谢在植物和细菌对逆境抗性反应中的作用。该研究发表于生物化学领域的国际著名期刊Nucleic Acids Research(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。该杂志主编Barry Stoddard教授认为,这一研究成果使人们对RNA酶调控的认识又向前迈进了一大步。梁文星团队成果由此被评为该刊的突破性进展成果。

  新领域重要突破:

  --“番茄战队”由此得名

  从“乙酰化修饰”出发,响应国家“减肥减药”号召,梁文星教授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-灰霉菌/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,梁文星团队还在发现了丙戊酸钠、丁苯羟酸两种新的化合物,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,对非靶标生物及人畜非常安全,能够保证农产品及果蔬的高品质,符合可持续发展要求。

  此前,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。


编辑:荆春杰  审核:丁锐