专家点评 Science 封面 | 叶健团队解析柑橘黄龙病抗性新机制，并开发治疗新策略

柑橘，是橘、柑、橙、金柑，柚、枳等的总称，是芸香科(Rutaceae)柑橘属(Citrus)小乔木，是世界第一大类水果，也是全球最重要的经济作物之一。全球柑橘产业年产值超万亿元，是农业贸易中不可或缺的支柱产业。从地中海沿岸的阳光果园到美洲的现代化种植带，柑橘以庞大的生产规模，点缀着全球数十亿人的生活。柑橘不仅富含维生素C、类黄酮等营养元素，更是文化象征——屈原笔下的“橘颂”、春节的“吉祥果”，柑橘承载着人们对美好生活的期许。除直接食用外，柑橘还可以加工为陈皮、罐头、果汁饮料、蜜饯、精油、香氛等产品，延伸产业链，增加产品附加值。然而，这一“甜蜜产业”正面临一场席卷全球的疾病：柑橘黄龙病（Huanglongbing, HLB）。

柑橘黄龙病作为农业领域最具破坏性的超过百年历史的植物虫媒病害之一，对全球柑橘产业造成了毁灭性打击，目前已在亚洲、非洲、南北美洲和欧洲的50多个柑橘种植国家蔓延危害，并且在我国柑橘主产区的多个省市爆发为害，如广西和江西等，全国发生面积超过百万亩，每年导致百亿元的经济损失。该病害主要由韧皮部专性寄生菌--韧皮杆菌亚洲种（Candidatus Liberibacter asiaticus, CLas）引发，典型症状为叶片斑驳黄化、果实畸形呈“红鼻果”、植株系统性衰退。由于病原菌无法体外纯培养，导致致病机制解析长期受阻。田间主要依赖柑橘木虱传播，防控难度倍增。目前商业化主栽柑橘种质资源中尚未发现有效抗性基因，药剂治疗尚未能突破，病害蔓延呈不可逆态势逐年加重。

图1：封面图片

2025年4月11日，中国科学院微生物研究所叶健研究员团队在Science杂志在线发表了题为Targeted MYC2 stabilization confers citrus Huanglongbing resistance的封面文章。该研究首次解析了柑橘抗黄龙病的核心分子机制，阐明了由PUB21-MYC2组成的HLB抗性遗传回路，并利用AI辅助筛选稳定抗病蛋白MYC2的双功能肽，田间试验结果表明该小肽APP3-14能有效治疗黄龙病，单季防控效率达80%。中国科学院微生物研究所为该研究申报了中国发明专利6项，国际专利3项。

研究团队关注于促进柑橘黄龙病发生发展的感病基因（Susceptibility genes，S genes），利用中国科学院在芸香科物种及种质资源方面的优势，深度挖掘我国柑橘族内近缘种和芸香亚科具有抗性免疫远缘种资源，通过比较基因组和比较转录组分析，发现蛋白质降解相关的E3泛素连接酶PUB家族中的PUB21基因的表达水平同芸香科抗柑橘黄龙病显著负相关。进一步结合转基因和基因编辑等方法，证实PUB21是HLB的一个感病基因，负调控柑橘对HLB的抗性。进一步分析发现，柑橘的“远亲”芸香亚科的咖喱、花椒等植物中存在另一个PUB21基因拷贝，该拷贝编码了具有显性负效应(Dominant Negative, DN)的近源基因PUB21DN，编码的39位关键氨基酸发生突变（Cys-39突变为Ala），该突变显著削弱了感病基因PUB21编码的E3泛素连接酶活性，赋予了柑橘抗HLB的能力。

图3 HLB感病基因PUB21 及其近源基因PUB21DN 的发现。（A）芸香亚科植物和及其他物种的系统发育树。（B）在咖喱和花椒中PUB21及其显性负效应的近源基因PUB21DN的局部序列比对。（C）显性负效应的近源基因PUB21DN削弱感病基因PUB21编码的E3泛素连接酶活性。

通过酵母双杂筛选出PUB21的泛素化底物蛋白MYC2。MYC2作为植物防御激素-茉莉酸（JA）合成通路的关键转录因子，调控JA的生物合成和下游的防御反应。PUB21能泛素化降解MYC2，抑制MYC2调控的下游防御反应；而PUB21DN对MYC2的降解能力显著减弱，进而大大增强了MYC2介导的多种次生代谢物的生物合成。为深入解析柑橘族内不同物种对黄龙病感病程度具有显著差异的分子机制，研究团队比较分析了PUB21启动子上的进化差异，发现易感品种（甜橙等）的启动子中存在helitron转座子片段插入，该插入片段富含多个MYC2特异性结合的G-box like基序以激活PUB21基因的表达，形成了MYC2-PUB21反馈调节环路。此外，研究团队还发现黄龙病菌CLas增强宿主感病的作用机制，病原菌外泌效应子SDE5增强PUB21与MYC2结合从而促进MYC2的泛素化降解，进一步抑制MYC2调控的防御反应。

受此天然抗性机制的启发，研究团队靶向感病蛋白PUB21的泛素连接酶活性，创新性的发展出AI辅助筛选稳定抗病蛋白MYC2的药物筛选系统，从数百万级的大数据库中高效筛选出APP3等多条双功能肽。田间药效试验表明双功能肽能有效抑制病原菌的积累，显著减轻HLB的症状，能有效遏制HLB在田间的迅速扩散。该研究团队同步构建了“抗病基因挖掘-分子机制解析-智能药物设计”全链条研发体系，不仅为黄龙病防控提供了基因编辑新靶点，更开创了靶向蛋白稳定性对抗难培养病原体的全新策略，对维护全球柑橘产业的可持续发展具有重要战略意义。

图4 靶向稳定MYC2赋予柑橘黄龙病抗性的作用机制模型。

中国科学院微生物研究所叶健研究员、赵平芝副研究员以及西南大学王雪峰研究员为该论文的通讯作者。中国科学院微生物研究所赵平芝副研究员、杨欢博士研究生和孙艳伟高级工程师为该论文的共同第一作者。中国科学院微生物研究所方荣祥院士、西南大学周常勇研究员以及美国加利福尼亚大学戴维斯分校Daniel J. Kliebenstein教授为该研究提供了重要的建设性意见。北京华大生命科学研究院孙海汐研究员和肖韩硕士、赣南师范大学易龙教授、广西大学张晓晓讲师以及叶健研究员团队其他成员也参与了这项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

https://science.org/doi/10.1126/science.adq7203

专家点评

邓秀新（中国工程院院士，华中农业大学园艺林学学院教授）

黄龙病是全球柑橘产业面临的毁灭性病害，因其潜伏期长、症状隐匿、传播迅速成为制约我国乃至世界柑橘产业高质量发展的重大问题。长期以来，由于病原菌无法分离培养，且自然抗性种质资源极为稀缺，导致相关研究和防控技术开发进展缓慢。面对这一产业挑战，中国科学院微生物研究所叶健及其合作者研究团队围绕“植物如何识别并有效抵御黄龙病原”的核心问题，取得了具有原创性的突破，研究结果发表在新近一期科学杂志（Science）上。

该团队深入解析了柑橘抗黄龙病的分子机制，首次明确了E3泛素连接酶PUB21通过降解关键抗病蛋白MYC2，负向调控植物免疫响应的作用路径，揭示了一个高度保守且可调控的遗传抗性回路。鉴定到的感病基因PUB21为柑橘黄龙病抗性的精准改良提供了清晰的分子靶点，对柑橘抗性改良具有重要指导价值。同时，该团队基于机制认知，自主构建了靶向PUB21活性的高通量筛选系统，成功筛选出包括双功能肽APP3-14在内的多种对黄龙病菌具有显著抑制作用的候选分子，为黄龙病的防控提供了小分子物质。

这项研究不仅拓展了植物免疫调控理论的前沿，也为我国柑橘黄龙病绿色防控奠定了理论基础。期待加快研发产品进行田间试验，形成稳定有效、易推广的生物制剂产品，助力我国柑橘产业高质量发展。

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陈剑平（中国工程院院士，宁波大学植物病毒研究所所长）

黄龙病（Huanglongbing, HLB）又称为柑橘绿化病，是全球柑橘产业面临的最具毁灭性的病害之一，其病原体主要是“韧皮部杆菌亚洲种”（Candidatus Liberibacter asiaticus），难以培养且缺乏有效防控手段，该病发生史逾百年，导致全球50多个柑橘主要种植国家，每年超百亿美元的经济损失。中国科学院微生物研究所叶健团队最新在《Science》杂志发表的封面文章《Targeted MYC2 stabilization confers citrus Huanglongbing resistance》，揭示了黄龙病抗性的分子机制，并提出了一种基于人工智能（AI）的创新防治策略。这一研究不仅为植物病理学领域提供了重要的理论突破，更为田间应用开辟了全新路径，堪称植物保护领域的里程碑式成果。

该研究首次揭示了柑橘中E3泛素连接酶PUB21与转录因子MYC2之间的动态调控网络。研究发现，HLB易感柑橘品种中，转座子Helitron片段的插入导致PUB21启动子区富集MYC2结合元件，形成“PUB21-MYC2负反馈回路”，从而加速MYC2的泛素化降解，削弱茉莉酸（JA）介导的防御反应。相反，抗病柑橘近缘种中存在的天然显性负效突变体PUB21DN能够抑制PUB21活性，稳定MYC2蛋白，显著增强抗病性。基于此，团队通过AI筛选出双功能肽APP3-14，该肽可特异性结合并抑制感病柑橘中PUB21活性，在温室和田间试验中均展现出高效的防控效果。

研究首次解析了黄龙病易感性与抗性的分子开关，阐明了病原体效应蛋白SDE5通过增强PUB21-MYC2互作以逃逸宿主免疫的机制，为植物-病原互作研究提供了新范式。同时，团队结合基因编辑与AI驱动的多肽设计，突破了传统抗病育种依赖抗性基因的局限，实现了“靶向抗性蛋白稳定性”这一全新抗病策略的转化应用。挖掘的双功能治疗性小肽兼具抑制病原增殖和激活宿主免疫的双重功能，其高效性及田间验证的成功，为难以培养的植物病原防控提供了通用性解决方案。

此项研究不仅为柑橘黄龙病的防控提供了革命性工具，更启示我们：面对复杂植物病害，需深度融合基础研究与技术创新，从分子机制解析到田间技术集成，形成“科学-技术-产业”闭环。未来，加强跨学科合作、加速成果转化，将是实现全球粮食安全与农业可持续发展的必由之路。

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王年（美国佛罗里达大学柑橘研究与教育中心教授）

Citrus Huanglongbing is currently the most devastating citrus disease worldwide. The team of Dr. Jian Ye from Institute of Microbiology, Chinese Academy of Sciences and researchers from China and USA have collaborated and identified a novel HLB susceptibility gene PUB21. The HLB pathogen Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas) infection induces expression of PUB21 via MYC2 regulation. Interestingly a dominant-negative PUB21 paralog (PUB21DN) with variations that changes cysteine-39 to alanine in the conserved U-box domain was discovered in HLB-resistant citrus relatives. Transgenic overexpression of PUB21DN in citrus enables immunity to CLas. In addition, gene silencing of PUB21 also enables immunity against HLB. The authors have demonstrated that PUB21DN interferes with the degradation function of PUB21 on its target MYC2. The MYC2 positively regulates JA-mediated plant defense including isoprenoid, flavonoid and phenylpropanoid, some of which are known antimicrobial secondary metabolites. Importantly, this resistance is not only against HLB, but also against psyllids. The authors have shown that the HLB pathogen enhances the PUB21-MYC2 interactions via its SDE5 effector. With the aid of an artificial intelligence assistant screening pipeline, the authors identified antiproeteolysis peptides (APPs). Among them, multiple APPs inhibit PUB21. Interestingly, APP3 also showed bactericidal activity and its application reduces CLas in planta and HLB symptoms. Overall, this is an exciting progress in understanding the disease resistance mechanism of some citrus relatives against HLB. Identification of the HLB susceptibility gene PUB21 provides a critical target to improve disease resistance of commercial citrus varieties via CRISPR genome editing approach. The disease resistance mechanism to HLB is through JA pathway, representing a novel perspective in disease resistance against biotrophic pathogens. Interestingly, some HLB resistant citrus species or relatives do not contain PUB21DN, indicating other HLB resistance mechanisms are yet to be explored.

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金海翎 （加州大学 河滨分校教授）

黄龙病（HLB）作为柑橘产业的毁灭性病害，其病原 Candidatus Liberibacter asiaticus（CLas）的不可培养特性与宿主易感性机制不明，长期阻碍有效防治策略的开发。最近，中科院微生物所的叶健团队对HLB的研究做出了突破性的重要进展。他们的研究首次系统揭示了 PUB21-MYC2-JA 的核心调控网络：在易感柑橘品种中，E3泛素连接酶PUB21通过启动子区域的helitron转座子插入事件形成自我强化的反馈回路，加速茉莉酸（JA）信号核心转录因子MYC2的泛素化降解，从而削弱宿主防御；而在抗性近缘物种中，PUB21显性负突变体（PUB21DN）通过抑制野生型PUB21活性，稳定MYC2并激活抗菌代谢通路。尤为关键的是，研究揭示了CLas效应蛋白SDE5通过增强PUB21-MYC2互作进一步促进免疫逃逸，为病原操纵宿主蛋白降解系统提供了新证据。

更具颠覆性的是，团队利用人工智能（AI）筛选出 抗蛋白水解肽APP3-14，其通过靶向抑制PUB21泛素化活性稳定MYC2，同时直接破坏CLas细胞膜，在温室与田间试验中显著降低病原载量且无反弹，疗效超越传统抗生素。此研究从分子机制解析到技术创新均属里程碑式进展：提出的 基因编辑、AI肽治疗 双重策略，分别从宿主抗性强化、直接杀菌两个维度突破HLB防治瓶颈。该成果不仅填补了宿主-病原互作机制的理论空白，更为实现黄龙病的可持续治理提供了多维度解决方案，标志着病害防控从经验管理迈向分子设计时代。