獨腳金內酯（Strigolactone，SL）是近年來鑒定的一類重要植物激素。研究發現，SL調控植物分枝（分蘗）、莖稈伸長及根系發育等關鍵性狀，還作為重要信號分子介導植物與共生真菌、寄生性雜草的互作。然而，SL對植物免疫的調控，及其在抗病育種中的應用，一直缺乏深入研究。
2月24日，福建農林大學農林生物安全全國重點實驗室吳建國教授團隊，聯合加利福尼亞大學河濱分校杰出教授丁守偉博士和清華大學閆利明研究員，在Cell（《細胞》）發表題為“Editing Strigolactone Hormone Receptor for Robust Antiviral Silencing in Rice”（編輯獨腳金內酯激素受體強化水稻抗病毒RNA沉默能力）的研究論文，在機制層面貫通了獨腳金內酯激素信號通路與動植物中高度保守的抗病毒RNA干擾（RNAi）免疫體系，推動了植物免疫理論的重大躍升，實現了從機制發現到精準育種應用的完整閉環。
研究團隊發現，多種水稻病毒侵染或過表達水稻草狀矮化病毒（RGSV）編碼的P3蛋白后，水稻植株會表現出矮化、分蘗增多等表型。通過系統的遺傳學和分子生物學分析，首次證實獨腳金內酯通路是水稻抗病毒免疫所必需的。進一步研究表明，獨腳金內酯通路介導的抗性具有顯著廣譜性，不僅對RGSV有效，還可同時抑制呼腸孤病毒目下多種重要水稻病毒，包括水稻鋸齒葉矮縮病毒、南方水稻黑條矮縮病毒和水稻黑條矮縮病毒。
RNA 干擾（RNAi）是動植物中高度保守的核心抗病毒機制，其中DCL蛋白負責識別并切割病毒 RNA，AGO蛋白裝載生成的小干擾 RNA（siRNA）執行基因沉默功能，而RDR蛋白則通過合成次級siRNA實現抗病毒信號的放大。研究發現，在 RGSV 侵染下，獨腳金內酯通路突變體中抗病毒 RNAi 活性顯著受損，首次在機制上建立了獨腳金內酯信號與這一最保守抗病毒免疫通路之間的直接聯系：病毒侵染誘導轉錄因子MID1的表達，MID1激活抗病毒基因RDR1和 RDR6的轉錄，而這一過程依賴共轉錄激活因子 ONAC131 的協同作用；獨腳金內酯信號則通過維持ONAC131的表達水平，確保其有效“輔助”MID1 啟動下游抗病毒基因的轉錄，從而顯著增強 RNAi介導的抗病毒免疫效應。
研究團隊進一步綜合利用結構生物學、生物化學與遺傳學手段，系統揭示了RGSV的反防御策略。通過冷凍電鏡解析 P3–D14復合物的高分辨率結構，研究人員首次在原子層面“看見”病毒致病蛋白P3通過競爭性占據D14上的 D3 結合位點，阻斷D14–D3復合物形成，從而切斷獨腳金內酯信號傳導。這一干擾不僅導致抗病毒RNAi免疫被抑制，也引發植株發育異常，完整揭示了病毒靶向宿主免疫樞紐實施反防御的分子機制。
基于對 P3–D14 相互作用界面的互作位點，研究團隊進一步開展理性設計，成功篩選出能夠“逃逸”病毒P3靶向的 D14 突變體（D102A/N）。這些突變體在保持正常激素感受與信號功能、保障水稻正常生長發育的同時，通過改變關鍵結合界面使病毒蛋白P3“無從下手”。進一步借助先進的單堿基編輯技術，研究人員將這一“病毒逃逸”特性精準引入水稻基因組。所得改良水稻在田間條件下對RGSV表現出顯著增強的抗性，且株型、產量等關鍵農藝性狀與常規品種無明顯差異，成功實現了“抗病不減產”的育種目標。
圖1 獨腳金內酯信號介導水稻抗病機制及病毒反防御機制模式圖
綜上，該研究不僅系統繪制了從植物激素信號到抗病毒 RNAi 免疫的完整調控通路，精準解析了病毒反防御的關鍵分子靶點，更通過前沿基因編輯技術將基礎理論轉化為可直接應用的育種材料，實現了從“機制發現”到“設計育種”的全鏈條創新。該工作為未來作物抗病毒育種提供了可借鑒的“解碼機制—鎖定靶點—精準編輯”研究范式，展現出重要的理論價值與廣闊的應用前景。
福建農林大學吳建國教授、趙珊珊副教授、加州大學河濱分校丁守偉教授以及清華大學閆利明研究員為本文共同通訊作者。福建農林大學博士后楊國一、青年教師吳明、張帥、博士生于喜源，南開大學黃羽岑教授以及清華大學博士生劉奕瀟為論文共同第一作者。福建農林大學教師胡杰、胡群、張寶剛，博士后吳元圣、鄒靜，博士生甘鵬，碩士生米樂以及已畢業碩士生胡佳楊也為本文做出了重要貢獻。福建農林大學李毅教授、黃顯波研究員，中科院微生物所張杰研究員，湖南大學姚瑞楓教授，江蘇省農業科學院植物保護研究所季英華研究員，南京師范大學鐘伯堅教授以及廣西農業科學研究院謝慧婷副研究員為該研究提供了幫助。該研究得到了國家杰出青年基金項目、國家重點研發計劃、生物育種國家科技重大專項等項目的資助。
文章鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00100-5
隨著該論文發表，近十年來福建農林大學以第一作者或通訊作者單位已在CNS三大頂刊已共計發表論文22篇，其中以第一作者完成單位發表論文18篇；以通訊作者完成單位發表論文19篇。同期，福建農林大學還以第一作者或通訊作者單位在CNS子刊發表論文500多篇。
作者簡介：
通訊作者 吳建國
福建農林大學植物保護學院教授，博士生導師，福建省A類高層次人才。“十四五”重點研發計劃首席科學家，國家杰出青年科學基金、優秀青年科學基金以及教育部霍英東基金獲得者。長期致力于水稻抗病蟲及病毒致病機理研究，在Cell、Developmental Cell、Nature Plants（高被引論文）、Nature Communications、Molecular Plant、National Science Review、Journal of Integrative Plant Biology（高被引論文）和eLife等國內外主流期刊發表高水平論文60余篇，申請國內外專利50余項，授權10余項。成功克隆顯性抗褐飛虱新基因BPH33.2，實現專利成果轉化2000萬元，創下福建省農業領域單項專利合同金額的最高紀錄。基于 BPH33.2育成多個高產優質高抗新品種，已進入國家及省區試。
共同通訊作者 趙珊珊
福建農林大學植物保護學院副教授、博士生導師，福建省“閩江青年學者”、福建省C類高層次人才，福建省自然科學一等獎獲得者。長期從事水稻病毒致病及抗病毒機理研究，聚焦水稻抗病毒基因挖掘及種質創制。主持多項國家級及省級科研項目。以第一或通訊作者（含共同）在Cell、Developmental Cell、Nature Communications、eLife、Journal of Integrative Plant Biology、National Science Review、PLoS Pathogens 等國際權威學術期刊發表論文10余篇。
第一作者 楊國一
福建農林大學農林生物安全全國重點實驗室博士后。長期從事于水稻病毒和水稻互做相關研究。以第一作者在Cell，National Science Review國際權威期刊發表論文。
共同第一作者 吳明
福建農林大學植物保護學院副教授，福建省C類高層次人才。主要從事水稻抗病毒、病毒致病機制以及抗病基因挖掘與工程化改造的研究，以第一作者或共同第一作者在Cell、Molecular Plant、Autophagy、Plant physioloy、Phytopathology Research等期刊上發表論文5篇，參與申請專利6項。
共同第一作者 張帥
福建農林大學媒介病毒研究中心教授，博士生導師，福建省杰青項目獲得者，福建省C類高層次人才，主要進行水稻病毒和褐飛虱抗性基因挖掘和機制解析，以第一及通訊（含共同）先后在Cell，Nature Plants，Nature Communications，National Science Review 等高水平期刊發表SCI論文18篇，申請專利12項，獲得授權5項。