梁文星：把脉植物病理学

肖贞林

专家简介：

梁文星，青岛农业大学教授，“泰山学者海外特聘专家”。2009年在中科院遗传与发育生物学研究所获得遗传学博士学位。2009～2013年在美国迈阿密大学先后做博士后与副研究员。2013年9月回国，作为海外优秀人才进入青岛农业大学。

主持或者参加国家自然科学基金、“973”等多个科研项目，发表研究论文20余篇，其中SCI论文12篇。以第一作者在Molecular Cell、Journal of Biological Chemistry以及Cell Research等国际著名杂志上发表论文9篇，累计影响影子大于60。受邀请担任多个SCI杂志以及中文核心期刊的编辑与审稿人。

从炎帝、黄帝时期起，中国就出现了种植耕作等农业活动。“民以食为天”，千百年来，中国更是以农作物养育着数十亿人口。近年来，随着气候、土壤、水质的变化以及经济快速发展带来的负面影响，植物病害出现的几率越来越大，病害的发生严重影响着农作物的产量和农民的收入。“中国是农业大国，却在植物病害控制这一领域有太多的空白。”作为一名研究病原菌致病机理以及植物抗病机理的科学家，梁文星表达了自己的担忧。

2013年，梁文星作为山东省海外高层次创新人才被引进到青岛农业大学。海外归来的他，站在学科国际前沿，开始进一步研究病原菌与植物中蛋白乙酰化修饰的机理与意义，试图探索其在生物抗逆反应中的作用，并且在此基础上防治植物病害，提高作物产量，解决困扰中国农业的病害问题。

乙酰化修饰：植物病害控制的关键

细菌性青枯病是由青枯雷尔氏菌引起的一种毁灭性的土传病害，它广泛分部于热带、亚热带和温带地区，所危害的宿主植物超过50个科400多种植物，包括番茄、茄子、辣椒、烟草、马铃薯、花生等重要农业经济作物以及桑树等树木，是危害最大、分布最广、造成损失最重的植物病害之一。

在此之前，青枯病的防治主要通过农业措施、化学药剂以及生物防治等，但效果并不理想，也会造成严重的环境污染。为了降低青枯病带来的危害，为防治植物病害提供更好的策略，梁文星试图以青枯雷尔氏菌和番茄为材料，研究乙酰化修饰在病原菌的致病性以及植物抗病反应中的作用。

何为乙酰化修饰？梁文星介绍说，包括组蛋白以及非组蛋白的乙酰化修饰，都是一种普遍存在、可逆而且高度调控的蛋白质翻译后修饰方式。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。国际相关领域学者Rasset等发现，青枯雷尔氏菌的效应子PopP2具有乙酰基转移酶的活性，其酶活性的丧失会改变病原菌侵染植物的能力。Lee等报道，丁香假单胞杆菌三型分泌系统效应子HopZ1a是一种乙酰基转移酶，对于侵染植物至关重要，其活性位点的突变会影响HopZ1a破坏拟南芥的微管、阻碍分泌系统以及抑制细胞壁介导的植物抗病性的能力。Wu等以引起梨火疫病的解淀粉欧文氏菌为研究材料，鉴定到了96个乙酰化的蛋白，并且发现部分蛋白与病原菌的致病性密切相关。这些研究结果都表明，蛋白乙酰化修饰在病原菌的致病过程中起关键作用。

植物中乙酰化研究的历史非常短。2011年，相关学者通过质谱学的方法在拟南芥中分别鉴定到了74个和57个乙酰化的蛋白，这些蛋白定位于细胞核、细胞质、细胞膜、叶绿体以及线粒体等细胞器，参与了光合作用、中心代谢、信号转导、发育、抗逆反应等过程。之后，人们陆续测定了马铃薯、大豆、豌豆、葡萄以及水稻等植物的乙酰化蛋白质组，并且日益认识到该修饰的重要性。Melo-Braga等发现葡萄受到葡萄小卷叶蛾的侵害后，20个蛋白的乙酰化发生了改变，其中包括病程相关蛋白。但是到目前为止，关于乙酰化修饰在植物抗病反应中的作用还没有报道。

控制植物病害，提高作物产量

梁文星长期从事蛋白乙酰化修饰研究，在乙酰化修饰的机理和生物学意义以及乙酰基转移酶/去乙酰化酶的分离鉴定等研究方面具有雄厚的工作基础和扎实的知识积累，他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。

目前，梁文星带领的科研团队已启动该项目研究，按照他的思路，首先带领团队测定丁香假单胞杆菌乙酰化蛋白质组；通过质谱分析测定模式菌丁香假单胞杆菌的乙酰化蛋白质组，生物信息学分析显示一些与致病性相关的蛋白以及与活性氧调控相关的蛋白存在乙酰化修饰，表明了蛋白乙酰化修饰在病原菌的致病性中起重要作用。这一研究成果是下一步测定青枯雷尔氏菌以及番茄的乙酰化蛋白质组、鉴定与病原菌致病性以及植物抗病性相关的乙酰化蛋白的前提条件。

梁文星希望，自己和科研团队的相关研究能顺利进行。这将有助于阐明植物—病原菌相互作用的分子机制，揭示蛋白乙酰化修饰在病原菌侵染以及植物抗性反应中的作用；为人们通过设计药物或者通过转基因手段控制植物病害的发生以及最终提高作物产量奠定分子基础。与此同时，将乙酰化修饰应用于植物病理学的研究，也有助于进一步拓展乙酰化修饰的生物学意义。最为重要的是，鉴定番茄—青枯雷尔氏菌互作中的重要乙酰化蛋白以及乙酰基转移酶/去乙酰化酶，将有助于设计特异性高、低毒的小分子药物或者利用转基因育种来控制病害的发生，为防治植物病害提供新策略。

母校情节

2009年开始，梁文星在美国迈阿密大学开始了为期5年的博士后、工作生涯。这段时期，梁文星接触到国际前沿思想，并在研究中日渐成熟。2013年9月，梁文星回到母校青岛农业大学，“选择回国是基于中国国情，中国是一个农业大国，粮食受到重视，我所研究的致病抗病机理就有一个更好的发展平台；选择回到青岛农业大学是因为它是我的母校，学校也非常支持我的科研工作。”

在青岛农业大学，他是第二个全职的海外学者，学校人事处、科技处、学院对他回国后的科研工作非常重视，学校为他建立了全校最好的实验室，也配备了实验需要的常规仪器。在人才招聘方面更是“开绿灯”，学校从农学与植物保护院、生命科学学院选拔出了8名优秀的年轻老师加入梁文星的科研团队。梁文星说：“非常感谢学校领导对我的科研项目的支持，我也会利用学校提供的资源和平台，建设出国内一流的科研团队。”

目前，在梁文星的实验室里发现了一种新的化合物。这种化合物对植物病原菌有很好的抑制作用，可以从根源上解决植物生病的问题，不仅排除了植物因生病带来的减产，而且能避免农药残留带来的环境污染，绿色环保。他们正在进一步研究这种化合物，试图在深层次了解新化合物的基础上申请专利，推广这种化合物。

身为“海归”的他，在国内外的科研理念方面有了更多的话语权。在美国的5年里，他深谙国外病原菌的研究状态，也领略了国际前沿的科研理念。中国是农业大国，梁文星说：“在国外，我更多从事与医学相关的基础研究，研究如何控制人类的病原菌。回国后，我试图利用国外先进的技术，将美国医学方面的研究转移到中国农业方面。”国内外植物、微生物的差距究竟有多大？梁文星表示，比起十年前，中国与国外的科技差距正在逐渐缩小，这在一定程度上得益于海外优秀人才的引进。“研究植物学方面的国际顶尖人才邓兴旺、朱健康等的回来，也引起了科学家回国的热潮。海外科学家将先进的科研理念带回中国，同时也增进了国内外的学术交流。”

带领团队跋涉在科研道路上，梁文星现在也在培养研究生，在人才培养方面颇有心得。“在教学的过程中，老师需要通过鼓励来调动学生的积极性，帮助学生建立起做科研的自信心。”他提到，在这一方面，国外做得更好，国内需要借鉴。在与学生的相处中，梁文星一贯坚持平等的观念，“老师对待学生，科研上应当严格管理，交往中应当平等友好”，也会注重“因人而异，因材施教”，这些都会有利于创造良好的科研氛围。