在護膚界，水楊酸是愛美人士眼里的“煥膚”用品之一，而在植物王國，它則是抵御病毒入侵時的“沖鋒號”。這個看似簡單的分子，它如何在植物體內形成，卻困擾了全球科學家幾十年。

浙江大學杭州國際科創中心生物與分子智造研究院研究員潘榮輝團隊，聯合浙江大學農業與生物技術學院園藝學科研究員范鵬祥團隊，首次完整解析水稻、番茄、小麥、棉花等作物的水楊酸合成通路，這將顛覆學界的傳統認知。

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北京時間7月23日，相關成果在國際學術期刊《自然》發表，浙江大學杭州國際科創中心生物與分子智造研究院的博士后王玉康、研究員宋書言以及浙江大學農學院2024級博士生張文軒為論文的共同第一作者。

意外反轉，解開水楊酸的秘密

翻開《植物生理學》教材，你會看到這樣的結論：“水楊酸是由苯甲酸經未知羥化酶催化生成”。這條源自1960年代的理論，在近30年成為學界的主流認知。

“水楊酸是植物體內關鍵的免疫激素，像一個‘沖鋒號’，可以動員植物自身防御力量來抵抗病菌。”王玉康解釋道，“解析它的合成途徑是科學界的重要目標，一旦掌握這條通路，我們就能更精準地調控水楊酸水平，幫助植物更有效地抵御病原體入侵。”

王玉康在做實驗

依照傳統假說理論，找到那個催化苯甲酸直接羥化的“神秘羥化酶”，就等于拿到了開啟水楊酸合成之門的鑰匙。為此，研究團隊一直在尋找這未知的“羥化酶”。但一次“意外反轉”叩開了新大門。

在多年前的一次日常實驗中，王玉康在分析關鍵樣本時，數據出現了戲劇性的反轉——原本預測會大幅降低的水楊酸含量，竟反常地上升。“我的第一反應是樣本搞混了，或者自己操作失誤，”他笑著回憶道，“當時對假說依然深信不疑。但這個結果迫使我們重新思考，也許，傳統理論本身就有問題？”

團隊在討論研究內容

這個意料之外的信號，如同一道閃電，劈開了認知的迷霧。團隊果斷調整方向，開啟了一場全新的探索。

無數次重復，徹底突破框架束縛

“等我5分鐘，我有個實驗做完。”見到宋書言前，記者先收到了她的微信留言。實驗優先，于她和團隊而言是常態。

取樣、提取、檢測……宋書言平靜地描述著研究過程中無數個重復的日夜。在此次研究中，水楊酸及其前體化合物的提取與檢測——這項看似枯燥的工作，恰恰是驗證新通路的關鍵工序。

宋書言在做實驗

“一些關鍵代謝物轉瞬即逝，稍有不慎，就得重頭再來，”宋書言解釋道，“更重要的是，現有方法對水楊酸前體的提取尚未成熟，需要不斷嘗試不同的方法。”

然而，精確提取僅是萬里長征第一步，真正的難關在于探尋相關基因突變體。“也就是故意‘刪除’或‘改變’某個基因，然后檢測其內部水楊酸水平的變化。一旦水楊酸含量發生改變，就證明這個基因參與了它的調控。”張文軒介紹道。

那段時期，團隊對植物內部海量基因數據的進行重組，并且通過一些系列分析對照，最終找到了控制水楊酸的三種關鍵酶：酰基轉移酶、羥化酶和水解酶，從而完整勾勒出水楊酸的合成通路——酯化-羥化-水解。

王玉康與宋書言

“傳統理論認為一步‘直接羥化’就能生成水楊酸，”王玉康補充道，“而我們的發現，它需要經過‘酯化-羥化-水解’三步精控機制，這徹底突破了舊框架的束縛。”

科學突破的曙光，往往誕生于對“異常”的執著。“收到羥化酶活性成功驗證的數據時，我們正在出差的火車上。”宋書言回憶起那個關鍵瞬間,“那一刻真是狂喜又強忍激動，生怕空歡喜一場，直到再次復現成功，才在進展討論中匯報。”

全新思路，或將改寫教科書

新通路的發現只是起點，驗證其普適性才能為更多作物育種研究指明方向。“全球多個團隊都在苦苦探索，這是一場與時間的賽跑。”潘榮輝說道。

研究團隊聯合浙江大學農學院多個課題組開展跨物種驗證，令人驚喜的是，在番茄、小麥、棉花中，均發現通路保守，證實“酯化-羥化-水解”新機制在植物界的普適性。

“或許我們將改變教科書。”范鵬祥介紹，這次將促進科學家理解植物合成水楊酸的機制，提供相關基礎研究理論，并為培育抗病能力更強的作物提供全新思路。

“這項發現完成了植物免疫的‘分子考古’，既發掘出千年前古人發現的出‘柳樹療愈力’的生化合成基因，也為應對全球作物病害挑戰提供了精密工具。”對本研究進行了精心指導的中國工程院院士喻景權評價道。

近年來，潘榮輝團隊長期致力于主要農作物產量和抗性的代謝調控和激素調控機制研究，圍繞這一領域，已在《Nature》《The Plant Cell》《Developmental Cell》等期刊發表多篇文章。

“成果的發現需要一些運氣，但更多要基于平時的努力和對細節的關注。”王玉康表示，此次關鍵基因的發現，源于對實驗中多個巧合與矛盾之處的觀察與整合，這離不開日常嚴謹的研究習慣和深入思考。

面對未來，他表示，團隊將嘗試把新通路應用在其他作物中，以提升植物的抗病能力。

實驗室辦公桌上的場景

走進實驗室里，研究人員的身影依舊忙碌。辦公桌上堆疊著手寫的實驗記錄，搖床持續運轉著新提取的樣品，下一次突破或許已在孕育之中。

來源: 潮新聞

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