在自然生態(tài)系統(tǒng)中，光不僅是植物光合作用的能量來源，更是調節(jié)植物生長、發(fā)育和免疫反應的重要環(huán)境信號。尤其在黃昏和黎明時分，太陽光譜中遠紅光（far-red light, FR）比例顯著升高，這一光譜變化伴隨著昆蟲活動的增強，極大增加了植物遭受昆蟲傳播病毒侵染的風險。然而，植物如何感知并應對這一“光-蟲-病毒”三重挑戰(zhàn)，一直是未解的科學問題。

2025年11月19日，北京大學現(xiàn)代農(nóng)學院龔騫課題組與清華大學生命科學學院劉玉樂課題組合作，在Science Advances上在線發(fā)表題為“Far-red light orchestrates antiviral defense in plants”的研究論文。研究揭示植物通過遠紅光受體光敏色素A（phyA）激活免疫系統(tǒng)、增強抗病毒及抗蚜蟲能力的分子機制，并發(fā)現(xiàn)多種植物病毒進化出干擾遠紅光信號的反防御策略。

研究發(fā)現(xiàn)，在遠紅光照射下，phyA被激活并轉入細胞核，促使轉錄因子PIF1發(fā)生泛素/26S蛋白酶體依賴的降解，解除其對轉錄因子RVE7（REVEILLE7）的抑制。隨后，RVE7直接結合免疫核心調控因子EDS1（Enhanced Disease Susceptibility 1）的啟動子，增強水楊酸（SA）信號通路，從而顯著增強植物對多種病毒的抗性（圖1）。值得注意的是，該遠紅光誘導的phyA–RVE7–EDS1信號模塊不僅抵御病毒感染，還同時提高了植物對蚜蟲的抗性，實現(xiàn)了對病毒病害的“雙重阻斷”。

研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)多種植物病毒（如CMV、PVY和TMV）利用其編碼的RNA依賴的RNA聚合酶（RdRP）蛋白，通過競爭性結合phyA，阻斷其與核轉運因子FHY1的互作，從而抑制phyA進入細胞核進而干擾遠紅光介導的免疫過程。這一發(fā)現(xiàn)揭示了病毒已進化出針對遠紅光介導植物免疫的反防御機制，揭示了植物與病毒在進化過程中復雜的“光環(huán)境軍備競賽”（圖1）。

該研究不僅系統(tǒng)解析了遠紅光介導植物抗病毒免疫的信號網(wǎng)絡，還揭示了病毒如何通過干擾光信號通路來削弱植物防御，為理解植物-病毒-昆蟲-環(huán)境四方互作提供了新的視角。研究提出的“利用特定光譜信號激活作物自身免疫”的理念，為開發(fā)基于光調控的綠色病害防控策略提供了重要理論基礎，也為設施農(nóng)業(yè)中利用LED光源精準誘導作物免疫開辟了新途徑。

圖1：遠紅光介導植物抗病毒和抗蚜蟲免疫的分子機制示意圖

北京大學龔騫研究員和清華大學劉玉樂教授為本論文的共同通訊作者，北京大學龔騫研究員為論文第一作者，河北農(nóng)業(yè)大學洪益國教授、上海交通大學王韻婧副教授以及清華大學博士研究生何霖芳、黃凡和解晉川等參與了研究工作。研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、博士后創(chuàng)新人才支持計劃等項目的資助。

龔騫課題組常年招收博士研究生及博士后，歡迎致力于從事植物抗病毒免疫的同學加入課題組！