民以食為天，水稻是我國(guó)最重要的糧食作物之一，但近年來(lái)，種類繁多的病蟲(chóng)害卻在與民爭(zhēng)糧。多年來(lái)，作物育種學(xué)家和病理學(xué)家致力于選育廣譜持久的水稻抗病品種，但也發(fā)現(xiàn)“魚(yú)與熊掌不可兼得”——高抗水稻品種往往生長(zhǎng)發(fā)育受到限制。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)15年的科研攻關(guān)，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)在植物免疫抑制與廣譜抗病機(jī)理方面取得重大發(fā)現(xiàn)。相關(guān)成果于北京時(shí)間9月30日深夜在線發(fā)表于國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上。

水稻也會(huì)“得癌”

不光動(dòng)物會(huì)得病，植物也會(huì)。稻瘟病、紋枯病、稻曲病等就好似水稻界的“癌癥”，一旦患上，基本就被宣判了“死刑”。更重要的是，像稻曲病菌還會(huì)產(chǎn)生環(huán)肽毒素，對(duì)人畜都有毒害作用，引起肝臟腫大、生殖與泌尿系統(tǒng)等病變。

面對(duì)“道高一尺，魔高一丈”的病菌，作物育種學(xué)家和病理學(xué)家一直在努力，選育廣譜持久的水稻抗病品種?？伤麄儼l(fā)現(xiàn)，高抗的水稻往往長(zhǎng)得“瘦小”，產(chǎn)量也低——換句話說(shuō)，得犧牲生長(zhǎng)發(fā)育為代價(jià)來(lái)?yè)Q取“少得病”。

兩個(gè)問(wèn)號(hào)出現(xiàn)在了何祖華研究團(tuán)隊(duì)的腦海中：如何在水稻抗病的同時(shí)不影響其產(chǎn)量性狀，維持好植物抗病與生長(zhǎng)發(fā)育的平衡？面對(duì)病原菌的不斷進(jìn)化，如何讓植物的免疫屏障有效抵御不同病原菌的反復(fù)進(jìn)攻？

何祖華告訴記者，提高作物產(chǎn)量有兩大抓手：品種改良、抗病蟲(chóng)。尤其抗病蟲(chóng)的增產(chǎn)效果可達(dá)10%以上?！白魑锟共∮N是控制病害最有效的途徑，也是主要的育種目標(biāo)?！北е@樣的信念，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)15年的不懈追蹤，終于找到了答案——

他們的研究揭示水稻鈣離子新感受子ROD1精細(xì)調(diào)控水稻免疫，降低水稻因廣譜抗病而引發(fā)的生存代價(jià)，平衡水稻抗病性與生殖生長(zhǎng)和產(chǎn)量性狀的分子機(jī)制。這也是該研究團(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。

高產(chǎn)抗病不矛盾

“我們發(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，從而抑制植物的防衛(wèi)反應(yīng)。”團(tuán)隊(duì)成員、中科院分子植物卓越中心研究員楊衛(wèi)兵解釋。

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，從而保證植物能有效抵御病原菌的“進(jìn)攻”，不至于在“閃電戰(zhàn)”中迅速落敗，還能繁殖后代。

不過(guò)，病原菌也在琢磨改變“進(jìn)攻方式”?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，水稻稻瘟病菌使了一招“偷梁換柱”——它們進(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。

由于植物無(wú)法逃避病原菌的侵染，于是也進(jìn)化出了與病原菌共同生存的策略：以退為進(jìn)。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。這種“溫水煮青蛙”的“抵抗策略”讓病原菌喪失了“進(jìn)化心”，不再“魔高一丈”，植物抗病性與繁殖能力也來(lái)到了一個(gè)相對(duì)平衡的水準(zhǔn)。看，植物聰明吧！

研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)近3000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?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)ROD1的功能在禾谷類作物中是保守的。”何祖華說(shuō)，“因此，之后或可通過(guò)基因編輯或雜交的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)廣譜抗病的新策略，這對(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?！?/p>

高產(chǎn)易求，穩(wěn)產(chǎn)難得。在中科院分子植物卓越中心主任、中科院院士韓斌看來(lái)，穩(wěn)產(chǎn)的綜合效益比單純的高產(chǎn)來(lái)得更好。何祖華研究組的這項(xiàng)成果對(duì)開(kāi)發(fā)高產(chǎn)抗病穩(wěn)產(chǎn)作物品種提供了新的研發(fā)思路。

在何祖華實(shí)驗(yàn)室，由數(shù)百個(gè)實(shí)驗(yàn)器皿壘起的“階梯”格外引人注目，象征著團(tuán)隊(duì)一步一個(gè)腳印“十五年磨一劍”?！八巨D(zhuǎn)入基因后穩(wěn)定需要至少一年，在田間地頭做抗病實(shí)驗(yàn)也要很長(zhǎng)時(shí)間……”團(tuán)隊(duì)也將沿著這條路繼續(xù)走下去，為把實(shí)驗(yàn)成果真正“寫(xiě)在”祖國(guó)田野上努力。

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