南京农业大学副院长团队、入选国家级人才计划,发表《Nature》论文、在《Nature》子刊再获进展,百年难题新突破,揭示马铃薯抗病新机制

马铃薯作为全球最重要的非谷物作物之一，长期以来饱受晚疫病菌（Phytophthora infestans）的侵袭，每年在全球范围内造成的经济损失高达近百亿美元。自1845年爱尔兰大饥荒以来，国际学术界与工业界持续投入大量资源研究晚疫病，但其致病机理和病程发展的动态模式至今仍未被完全阐明。传统研究多依赖于组织水平的转录组分析，虽取得一定进展，却难以揭示植物在感染过程中细胞间的异质性及其空间上的协调机制。近年来，单细胞空间转录组技术的兴起为深入解析这一复杂互作过程提供了前所未有的技术契机。

2026年1月6日，南京农业大学植物保护学院及农林生物安全全国重点实验室董莎萌教授课题组，联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员团队，在国际权威期刊《Nature Plants》在线发表了一项突破性研究成果。该研究题为“Host Microenvironment in Potato–Phytophthora infestans Interaction Revealed by Single-cell Spatiotemporal Transcriptome”，首次在单细胞分辨率下系统描绘了马铃薯叶片在遭遇晚疫病菌侵染时宿主微环境的动态演变过程。不久前，该团队还在国际顶级期刊《Nature》上发表了题为“Plug-in Strategy for Resistance Engineering Inspired by Potato NLRome”的相关研究成果。点击阅读：

南京农业大学副院长第一作者发表《Science》、入选国家级人才计划，在《Nature》再获重要进展，植物“免疫外挂”上线！

研究团队利用高精度的Stereo-seq空间转录组技术，对接种晚疫病菌后不同时间点（3、6、12和24小时）的马铃薯叶片进行深度测序，成功获取了73,271个高质量单细胞数据。通过整合细胞形态学标记（如细胞壁染色）与基因表达谱信息，他们精准鉴定了叶片中包括上下表皮细胞、栅栏组织细胞、海绵组织细胞以及维管相关细胞在内的主要细胞类型，并揭示了这些细胞在面对病原侵袭时既存在响应差异，又表现出一定程度的功能协同。

尤为关键的是，研究团队依据病原菌在组织中的空间分布特征，将受感染区域的寄主细胞划分为两类功能迥异的细胞状态：病原靶向细胞（Pathogen-Targeted Cells, PTCs）和PTC周质细胞（Surrounding Peri-infection Cells, SPCs）。

研究发现，PTCs作为直接接触病原的第一道防线，主要激活细胞壁加固、活性氧调控等局部防御机制，构筑起物理与化学屏障；而围绕在PTCs周围的SPCs则承担着“免疫协调者”的角色，通过显著上调钙信号通路及系统获得性抗性（SAR）相关基因，介导更广泛的系统性免疫响应。这一发现不仅揭示了植物免疫在细胞层面的精细分工与协作机制，也由此提出了一个全新的晚疫病病程发展模型。

这项工作首次在单细胞与空间维度上系统解析了马铃薯与晚疫病菌互作的分子基础，鉴定出一批潜在的关键功能基因，并明确了两类核心寄主细胞在病程中的独特作用。其成果不仅深化了人们对植物—病原微生物互作机制的理解，也为未来基于细胞靶向策略的抗病育种提供了重要的理论支撑和全新方向。

本论文由南京农业大学董莎萌教授与中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员共同通讯作者，基因组所博士后李玉营与博士生戴纪琛为共同第一作者。