想象一下，植物体内有一座高度自动化的“抗病毒弹药库”。当病毒入侵，这座武器库便被激活，持续生产精准打击病毒的“弹药”（小干扰RNA），这是植物最古老、最核心的防御系统。而病毒则进化出了“特工”（效应蛋白P3），潜入并“切断”这座弹药库的“通信链路”，使其瘫痪。

长久以来，科学家知道“弹药库”和“特工”的存在，却不清楚这条关键的“通信链路”究竟是什么，以及病毒如何精准破坏它。

2月24日，福建农林大学教授吴建国团队联合加州大学河滨分校教授丁守伟和清华大学研究员闫利明在《细胞》上发表研究，完整揭示了这场微观世界“攻防战”的全貌。他们发现，维系这条“通信链路”的，是一种传统上被认为主要调控植物分枝、生长的激素——独脚金内酯（SL）。而病毒“特工”P3，则通过冒充“自己人”，精确地阻断了独脚金内酯信号的传递。研究团队还基于此设计出了让病毒“特工”无从下手的“智能锁”，成功培育出既能强效抗病毒、又几乎不影响产量的新型水稻。

研究在三亚田间抗病毒育种材料的选育。受访者供图

这项研究之所以能登上《细胞》，不仅在于其揭示了连接植物发育激素与古老抗病毒免疫的核心机制，更在于它完成了一个从基础科学发现到田间育种应用的完美闭环，为应对粮食安全挑战提供了全新的“设计育种”范式。

从田间“怪异”表型到跨界大胆猜想

论文通讯作者吴建国告诉《中国科学报》，这项研究的源头，可以追溯到水稻田中一个常见而“怪异”的现象：感染了某些病毒，如水稻草状矮化病毒的水稻，会表现出植株矮化、分蘖异常增多等症状。

“最初的线索确实来自田间和实验中的表型观察。”吴建国说，他们敏锐地注意到，这些症状与独脚金内酯激素信号失调的突变体的典型表型高度相似。独脚金内酯是一种重要的植物激素，主要调控植物的分枝、株高等发育性状。

水稻草状矮化病毒病田间危害及发病症状。受访者供图

“在生物学中，病毒对宿主性状的改变往往不是随机的破坏，而是一种精巧的策略。”吴建国说。基于实验室的前期积淀，团队产生了一个突破学科边界的大胆猜想：如果病毒如此精巧地干扰独脚金内酯通路，那是否意味着，这条被视为“发育专用”的通路，本身就是宿主抗病毒防御系统的关键一环？这种从“表型相似性”到“进化博弈”的逆向思维，引导团队跨越了“发育”与“免疫”的传统边界，将目光从传统的病理学投向了激素信号调控这一全新领域。

在当时，“独脚金内酯在植物免疫、尤其是抗病毒中的作用几乎没有系统研究，这既是挑战，也是机遇。”吴建国说，他们的判断是，重要的基础突破往往产生于不同研究领域的交叉地带。独脚金内酯是调控分蘖和株型的关键激素，而病毒恰恰会显著改变这些性状，这提示二者之间可能存在尚未被认识的联系。

选择这样一个交叉的“无人区”深耕，意味着巨大的挑战。“最具体的困难在于，独脚金内酯作为一种重要激素，其波动会牵一发而动全身。如何在不干扰植物正常生长发育的前提下，精准激活其抗病毒潜力，是我们与合作者耗时数年攻克的难题。”吴建国坦言。

一场“全链条”科研攻关

“植物怎么抵抗、病毒如何反制，我们如何反过来设计抗性。”吴建国认为，这种从分子机制到田间材料的全链条创新，是多层次创新形成的完整闭环，可能正是这项成果获得审稿人高度认可的关键。

论文共同通讯作者、福建农林大学副教授赵珊珊介绍，他们首先需要证实独脚金内酯通路是否真的参与抗病毒。研究发现，当独脚金内酯信号缺陷时，水稻对多种病毒更加易感，这表明独脚金内酯介导了一种广谱抗性。

更关键的发现是，在突变体中，抗病毒RNAi系统的核心“弹药”（病毒来源的小干扰RNA）和负责持续生产弹药的“工厂”（RDR1和RDR6基因）活性都显著下降。进一步研究证实，独脚金内酯控制的不是防御的启动，而是防御信号的持续性放大。

“这项研究首次在分子机制层面清晰阐明了独脚金内酯信号通路对水稻抗病毒RNA干扰的正向调控作用，实现了该激素信号与动植物中最古老、最核心抗病毒防御机制的贯通。”中国科学院院士、清华大学教授谢道昕认为，这无疑是植物激素与免疫交叉领域的一项重大原创发现。

然而，病毒不会坐以待毙。研究的下一个关键，是揭示病毒的反制策略。

独脚金内酯信号介导水稻抗病机制及病毒反防御机制模式图。受访者供图

论文共同通讯作者闫利明介绍，他们利用冷冻电镜成功解析了病毒蛋白P3与水稻独脚金内酯受体D14的复合物结构。高分辨率图像下，病毒的“阴谋”一目了然：P3蛋白巧妙地“挤占”了植物内源信号分子D3的位置，竞争性地结合在D14蛋白的相同区域。这就如同病毒派出的“特工，卡住了信号接收器的“锁孔”，从而阻断了整个独脚金内酯信号的向下传递。

“当看到这一结构时，我们最大的感受是惊喜——因为这与我们的分子生化实验完美契合，互相佐证。更震撼于小小的病毒竟能进化出如此精准的分子反防御策略。”闫利明说。

既然病毒阻断独脚金内酯信号会导致植株既感病又矮化，那么独脚金内酯信号调控发育和免疫是否是同一回事？

团队通过遗传实验发现，在独脚金内酯缺陷突变体中，单独过表达ONAC131，可以恢复抗病毒能力，却无法逆转矮化、多分蘖的发育表型。

中国科学院院士、中国农业科学院研究员钱前特别赞扬了这一点：“这项研究的一项重要科学贡献，在于揭示了独脚金内酯信号通路在调控植物发育与免疫过程中的‘分兵之道’。”这意味着，独脚金内酯信号通路可以通过不同的下游分支，分别、独立地调控发育和免疫。这为解决作物育种中长期存在的“抗病与高产相矛盾”的经典难题提供了全新的理论支点——或许可以只精准增强免疫分支，而不触动发育分支。

据此，团队设计出能够逃避病毒劫持的突变体，实现从“看得见”到“改得了”的跨越。“更重要的是形成了从基础发现到实际育种应用的闭环。”论文共同通讯作者丁守伟说，通过单碱基编辑将这一优良突变精准导入水稻，实现抗病而不减产，提供了一条无需引入外源基因的抗病毒育种新路径。

田间试验表明，改良后的水稻对病毒表现出显著增强的抗性，同时，其株高、分蘖数、产量等关键农艺性状与原始品种没有显著差异，真正实现了“抗病不减产”的目标。

“在抗病育种中长期存在的‘抗性与产量常常难以兼顾’的关键难题，在该研究中得到了具有实践意义的解决路径。”中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员何祖华评价道，该工作为理解植物与病毒“道高一尺，魔高一丈”的攻防博弈提供了经典范例，并为设计抗病高产作物新品种奠定了坚实理论与技术基础。

从顺利投稿到服务国家需求的科研之路

这项成果是福建农林大学、加州大学河滨分校、清华大学等多单位精诚合作的结晶。“这项研究本质上是一个跨尺度、跨学科的问题——既涉及田间表型与遗传学，也涉及分子机制、生物化学和结构生物学。”吴建国认为，这种跨学科、跨地域的合作模式是攻克此类复杂问题的关键。

福建农林大学团队提供水稻遗传材料与田间研究基础，加州大学河滨分校团队深耕抗病毒RNAi机制，清华大学团队擅长高精度结构生物学解析。三方优势互补，形成了从“田间现象—分子机制—原子结构—育种应用”的完整研究闭环，避免了单一团队的“路径依赖”，极大提升了研究效率与深度。”

“投稿过程是一次相对顺利，但评审非常严格的科学对话。”吴建国说。

《细胞》编辑在初筛后直接送外审，审稿人肯定了工作的原创性与潜力，同时也提出了极为深入和严谨的问题。团队在修回过程中系统性地补充和完善了证据链，最终使论文的逻辑更加严密、结论更加扎实。这个过程本身，也是将科研“做到极致”的打磨。

福建云霄基地抗病毒种质资源筛选。受访者供图

回顾从田间现象到登上顶级期刊并服务粮食安全的全程，丁守伟最深的体会是：“科学研究其实是一个朴实而长期的过程。本质上，我们只是对一个重要问题持续‘刨根问底’，尽最大努力把它做到极致。”他认为，无论最终发表在什么期刊，只要真正回答了关键科学问题，就是有价值、有意义的工作。

这项研究的意义远超一篇论文。它不仅揭示了植物与病毒间一场精彩而精密的分子层面“军备竞赛”，更树立了一个“解码机制—锁定靶点—精准编辑”的现代分子育种新范式。

“这种研究思路并不是针对某一种病毒或某一个基因的特例，而是一种通用的分子育种策略。”闫利明说，只要能够解析宿主防御通路中被病原利用或劫持的关键节点，就可能通过精准编辑让宿主“避开”病原干扰，从而获得稳定抗性，甚至不影响正常生长发育。

吴建国告诉《中国科学报》，下一步，他们将拓展到更多作物和病原体系，系统解析不同病原的反制策略，筛选可编辑的关键受体或调控节点，并评估其对多种病害的抗性效果，同时关注与产量、品质等农艺性状之间的平衡，推动从基础机制到实际育种应用的转化。

“农业研究看似朴素，却直接关系粮食安全和人类生存，是最具现实意义、也最能产生深远影响的科学方向之一。”吴建国说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.01.013