微生物所科学家破解柑橘黄龙病重要难题人工智能助力果树重获新生

橘香满园的季节，您是否注意到超市里柑橘价格正悄然上涨？

这背后是一场席卷全球的柑橘危机——被称为"柑橘癌症"的黄龙病正在摧毁我们的果园。

一、甜蜜产业的隐形杀手：从《橘颂》到"红鼻果"之殇

“后皇嘉树，橘徕服兮。”两千年前屈原笔下的《橘颂》，将柑橘刻入中华文化的基因。

如今，中国柑橘年产量近5000万吨，约占全球总产量28%，广西砂糖橘、赣南脐橙、眉山爱媛橙等品牌享誉世界。

然而，一场无声的瘟疫正在瓦解这份甜蜜。1919年，广东潮汕地区首次发现柑橘黄龙病（Huanglongbing, HLB），叶片呈现"黄龙盘踞"般的斑驳症状、果实畸形呈“红鼻果”、整株植物失去生命力呈系统性衰退。

这种由韧皮部专性寄生的韧皮杆菌（Candidatus Liberibacter asiaticus, CLas）引发的病害，通过不足3毫米的昆虫——柑橘木虱传播，如同植物“瘟疫”般摧毁果树防御系统。

更致命的是，病原菌无法体外培养，导致长久以来的研究既无清晰的病菌致病和宿主抗病机制，亦无有效治疗药物。

这场危机已演变为全球农业的"灰犀牛"。美国佛罗里达州十年间柑橘产量腰斩，巴西圣保罗州大量果园废弃，我国广西、江西等主产区年经济损失超数亿元。解决黄龙病全球蔓延大危机迫在眉睫。

二、破译抗病密码：从植物"叛徒"到"分子盾牌"

2025年4月11日，中国科学院微生物研究所叶健研究员团队历时八年，终于在柑橘抗黄龙病机制和治疗策略上取得重要突破，以题为Targeted MYC2 stabilization confers citrus Huanglongbing resistance的研究文章荣登Science杂志封面。这项研究首次发现柑橘黄龙病成功侵染的植物“叛徒”PUB21与“免疫指挥官”MYC2蛋白组成的遗传调控回路。利用人工智能（AI）赋能的高效药物设计和筛选平台，获得保护MYC2蛋白的小分子“防火墙”——APP3-14。大田验证显示，APP3-14可显著抑制病原菌增殖，减少黄龙病病症，单季病害防控效果高达80%。

图1 2025年4月11日 Science杂志封面

面对这场世纪难题，团队选择"师法自然"——在柑橘植物的近亲中寻找抗病线索。

研究团队系统分析和比较了柑橘近亲和远亲的遗传信息，锁定到一个关键蛋白PUB21，它在易感黄龙病的柑橘品种中扮演着"叛徒"角色，表达量相较抗病品种高达50倍以上。PUB21基因编码E3泛素连接酶，它错误地标记免疫指挥官MYC2蛋白，将其送入蛋白酶体"粉碎机"，导致茉莉酸激素抗病防御通路的“瘫痪”。而在柑橘的“远亲”如咖喱、花椒等植物体内存在天然的抗病“盾牌”——PUB21DN，它与“叛徒”PUB21仅有第39位氨基酸的不同，但却保护免疫指挥官MYC2免于被攻击。

PUB21DN的存在，如同给“叛徒”PUB21戴上了电子镣铐，限制其对抗病武器的破坏行为，赋予柑橘对黄龙病的抗性。当在植物中过量表达PUB21时，病原菌量和植物的感病症状会愈加严重；而过量表达PUB21DN时，柑橘对黄龙病的抗性大大增加（图2）。

图2 E3 泛素连接酶 PUB21 及其显性负效应的同源体PUB21DN 对 HLB 抗性的调控。

（A）芸香科物种及其他物种的系统发育树。（B）柑橘属植物U-box基因家族（PUBs）响应黄龙病菌（CLas）感染的转录组分析。（C）过表达“叛徒”PUB21或PUB21DN的转基因甜橙感染黄龙病的表型。（D）PUB21及PUB21DN的关键差异序列。（E）PUB21DN丧失E3泛素连接酶活性。

到底是什么原因导致PUB21在易感和抗性品种中的表达差异呢？

团队进一步的研究发现易感品种中PUB21启动子存在一段helitron转座子的天然插入，如同“流氓软件”般地多植入了5个MYC2的结合位点，榨干仅存的MYC2蛋白的最后一丝价值——进一步激活PUB21基因的表达，形成MYC2-PUB21的负反馈调节回路（图3）。狡猾的病原菌利用这一点，在感染过程中会分泌SDE5这一效应蛋白充当"分子胶水"，增强PUB21与MYC2的结合，加速柑橘免疫系统的瓦解。