近年來(lái)，我國(guó)水稻病蟲(chóng)害發(fā)生情況嚴(yán)重，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)一年因病蟲(chóng)害導(dǎo)致的水稻糧食減產(chǎn)約為3億人口的口糧。為了有效控制水稻病害，保障我國(guó)糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，科學(xué)家長(zhǎng)期致力于選育能對(duì)抗多種病原菌入侵的水稻品種，即常聽(tīng)到的廣譜抗病品種。然而，這些高抗的水稻品種往往生長(zhǎng)發(fā)育受限，植株矮小、低產(chǎn)。如何在水稻抗病的同時(shí)不影響其生長(zhǎng)發(fā)育、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)？植物抗病與生長(zhǎng)發(fā)育如何取得平衡？面對(duì)病原菌的不斷進(jìn)化，如何激活植物的免疫應(yīng)答，有效抵御不同病原菌的反復(fù)進(jìn)攻？經(jīng)過(guò)15年的不懈追蹤，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團(tuán)隊(duì)回答了上述困擾植物病理學(xué)界多年的難題。

9月30日，何祖華研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表論文，揭示了水稻的ROD1基因如何調(diào)控水稻的免疫、平衡水稻抗病性、生殖生長(zhǎng)和產(chǎn)量的機(jī)制，在ROD1基因的調(diào)節(jié)下，水稻在廣譜抗病的同時(shí)也能正常生長(zhǎng)發(fā)育、繁衍后代。

ROD1是如何顯神通的？研究發(fā)現(xiàn)，ROD1作為一個(gè)新的植物免疫抑制中樞，通過(guò)降解具有免疫活性的超氧分子（ROS），從而抑制植物的防衛(wèi)反應(yīng)。因此，在沒(méi)有病原菌侵染時(shí)，植物的基礎(chǔ)免疫維持在較低水平，有利于水稻生殖生長(zhǎng)，進(jìn)而提高產(chǎn)量。但當(dāng)病原菌侵染時(shí)，植物進(jìn)化出了聰明的免疫激發(fā)新途徑：通過(guò)降解ROD1減弱其功能，從而保證植物在抵御病原菌時(shí)能產(chǎn)生有效的防衛(wèi)反應(yīng)，不至于迅速發(fā)病枯死，并能繁殖后代。

另一方面，病原菌和植物長(zhǎng)期處于“軍備競(jìng)賽”的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中。該研究還發(fā)現(xiàn)，狡猾的水稻稻瘟病菌會(huì)進(jìn)化出模擬ROD1結(jié)構(gòu)的毒性蛋白，在植物體內(nèi)盜用ROD1的免疫抑制途徑，實(shí)現(xiàn)侵染的目的。聰明的植物自知逃不掉病原菌的侵染，便進(jìn)化出了與病原菌共同生存的策略，即通過(guò)適當(dāng)減弱植物的抗病能力，來(lái)保證其生長(zhǎng)繁殖，延續(xù)后代，讓植物抗病性與繁殖力維持相對(duì)平衡的水平。

以往相關(guān)研究聚焦在鈣離子信號(hào)如何激活植物免疫的問(wèn)題，但該成果揭示了一條以鈣離子受體ROD1為核心的免疫抑制新通路，以及植物與病原菌利用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬介導(dǎo)的協(xié)同進(jìn)化機(jī)制，為植物免疫領(lǐng)域研究提供重要的新啟示。該研究首次說(shuō)明作物能夠選擇與氣候或栽培條件相適應(yīng)的免疫策略，讓植物抗病能力與生長(zhǎng)發(fā)育即環(huán)境適應(yīng)性達(dá)到最佳平衡。

何祖華團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步挖掘出ROD1的育種應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)對(duì)3000多種不同水稻品種的基因序列分析，發(fā)現(xiàn)ROD1單個(gè)氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布，說(shuō)明作物抗病性受地域起源的選擇，從而豐富了作物馴化的理論基礎(chǔ)。此外，他們還發(fā)現(xiàn)ROD1的功能在禾谷類(lèi)作物中一直“沉寂”，提出了可以通過(guò)操縱這類(lèi)新的感病基因?qū)崿F(xiàn)禾谷類(lèi)作物廣譜抗病的新策略，對(duì)培育高產(chǎn)高抗的作物品種具有重要的指導(dǎo)意義和應(yīng)用潛力。

這是該研究團(tuán)隊(duì)繼2017年在《科學(xué)》（Science）發(fā)表水稻廣譜抗病新機(jī)制后的又一重大進(jìn)展。中科院院士、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心主任韓斌表示，各種農(nóng)作物病原菌對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失，嚴(yán)重威脅糧食安全。何祖華團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究不僅拓寬了人們對(duì)于作物抗病性基礎(chǔ)理論的認(rèn)知，也為設(shè)計(jì)新的抗病基因、開(kāi)發(fā)高產(chǎn)抗病作物品種提供了新的研發(fā)思路，對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展、提升國(guó)際前沿研究水平具有重要的意義。

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