在实验室养“毒虫”！北大团队揭开水稻抗病毒秘密

转自：中国科学报

在北京大学生命科学学院的一间实验室里，李毅教授穿着白大褂，戴着防护手套，将密密麻麻的小昆虫放进特制的透明虫笼，虫笼里放着它们喜欢的食物——翠绿的水稻幼苗。这些小虫是农民眼中臭名昭著的水稻害虫。李毅等人把它们养出来，然后有意让它们携带上特定的病毒。

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在过去近20年里，李毅和他的团队成员最常做的事就是养这些小昆虫，包括带毒的和不带毒的，然后让虫子去“祸祸”幼苗。他们这么做是为了确保水稻在实验室里感染病毒的情况，与在自然界的情况无限接近，而终极目标是找出水稻抗病毒机制启动的开关。

3月13日，他们的终极目标实现了。李毅团队联合福建农林大学等多个实验室，首次揭示了水稻感知病毒入侵并启动免疫反应的关键分子机制，发现了两个关键蛋白——泛素连接酶RBRL与茉莉酸信号通路抑制因子NINJA3的作用，为培育广谱抗病毒水稻品种提供了全新路径。成果以封面文章形式发表在《自然》期刊上。

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让人头疼的困局

李毅出生在农村，从小就帮着大人种小麦、玉米，田里的那些事总让他感到很亲切。当他成为农村里走出的大学生时，他的第一志愿就选择了植物保护专业。1988年，在德国留学攻读博士学位时，他聚焦于甜菜病毒的研究，1992年回国后，他开始专注于水稻病毒研究。

在决定“要研究什么”时，李毅的判断标准是“农业需要什么”。“欧洲很少种植甘蔗，主要依赖于甜菜制糖，当时我就研究甜菜病毒。回到中国后，我知道水稻对国家太重要了，全国大概一半人以水稻为主粮，而病毒问题又十分严峻，所以，我开始研究水稻病毒。”李毅说。

李毅投身到水稻病毒研究领域，与我国的水稻病毒爆发事件有关。上世纪90年代，中国南方稻田频繁出现诡异景象：本应抽穗的水稻植株矮缩成团，叶片扭曲发黄，最终成片枯死。受灾害影响，局部重灾区达到20%-50%。

“那是水稻病毒病大暴发的年代。”李毅回忆。正因为现实需求，国家启动了一项聚焦水稻病毒研究的国家高技术研究发展计划（原“863计划”），李毅也走上了长达30年的科研攻关路。

传统的防治手段依赖杀虫剂，但这种方式无法根除虫媒病毒。“总有漏网之虫会携带病毒，第二年卷土重来，引发新一轮污染和抗药性。”李毅说。

新的科技手段依赖于育种，但“育种家也很头疼，好不容易遇到个新品种，又好吃又高产，结果只抗一两种病毒，另一种病毒来了，作物就大片死亡。”李毅说。

到2008年，大规模的水稻病毒再次爆发。李毅意识到，必须从分子层面找到水稻自身的“免疫开关”，帮助水稻“武装”起来，自行对抗多种病毒风险。

“如果能使水稻具备广谱抗病能力，将彻底改变这一困局。”李毅说。

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“狼烟一起，抗病毒大军全面动员”

团队从2007年起开始研究水稻抗病毒机制，发现水稻的防御系统竟被一种叫茉莉酸（JA）的植物激素控制。顺着这条线索，他们找到了关键蛋白——RBRL和它作用的目标NINJA3。

也正是从那时之后，李毅开始带着团队养带毒的虫子。通过带毒昆虫反复感染实验，他们观察到：病毒外壳蛋白与RBRL结合后，后者被激活，随即标记并降解抑制抗病毒反应的蛋白NINJA3。

“RBRL就是‘开关’，病毒一来，它立刻拉响警报。”李毅用长城烽火台比喻，“狼烟一起，抗病毒大军全面动员。”

为验证这一机制，李毅等人又用带毒的昆虫感染了上万株水稻。“昆虫传毒必须‘保真’——带毒率超90%，感染成功率85%以上，数据才可靠。”李毅说。

实验历时十余年，期间两次遭遇重大方向调整。团队最初以为RBRL是“病毒杀手”，会直接降解病毒蛋白，结果却发现它根本不降解病毒外壳蛋白。随后研究转向一种茉莉酸信号通路抑制因子JAZ蛋白，推测RBRL是否通过识别JAZ蛋白启动抗病毒。然而，JAZ蛋白也不是正确答案。

两次“推翻-重来”后，团队最终发现RBRL标记的是可以抑制病毒反应的另一种茉莉酸信号通路抑制因子NINJA3。“科研就是不断试错，光验证这一发现就用了三年。”李毅说。

2019年，团队用转基因技术提高水稻中RBRL的表达量。结果显示，改造后的植株对条纹叶枯病毒、矮缩病毒和黑条矮缩病毒的抗性显著增强。“传统品种最多抗两种病毒，而它能同时抵御三种，这就是广谱抗病的希望。”李毅说。

新课题已开启

目前，李毅正在尝试将论文纸里的研究成果推广进农田中。“我们正在自然界寻找RBRL高表达或NINJA3低表达的作物，”李毅说，“如果能找到天然高表达RBRL或低表达NINJA3的作物，育种家就可以利用抗病性优异的自然变异位点进行水稻改良育种，培育广谱抗病毒的良种。”

李毅表示，RBRL基因的应用前景并不止于水稻。“RBRL基因和NINJA3基因同样存在于玉米和小麦中，未来有望推广到这些主粮作物上。”他强调，广谱抗病品种能够有效减少对农药的依赖，“减少农药使用，水稻会更安全，产量也会更稳定”，这既有助于保障粮食安全，也对环境保护具有深远意义。

《自然》审稿人评价认为，该研究通过系统性探索阐明了一个全新的病毒蛋白感知级联通路，其核心创新点在于首次发现RBRL对病毒外壳蛋白（CP）的特异性识别，并成功构建了独特的信号转导级联模型。

评审人特别指出：“这种基于病毒效应分子直接感知的分子机制在现有认知中具有显著独特性，且研究工作兼具广度与深度，论证过程清晰易懂，为植物-病毒互作领域提供了重要的理论突破。”

对于李毅来说，还有很多问题没有找到答案，例如，为何病毒对传毒昆虫几乎无害，却对植物来说是致命的。

他的实验室里，小昆虫仍爬满虫笼里的水稻苗，而团队已开启新课题——怎样阻断昆虫传染病毒。

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相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08706-8

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