【澎湃新聞】分析三千多種水稻品種基因序列，中國科學家揭秘植物免疫機制
文章來源：分子植物科學卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間：2021-09-30 | 【打印】 【關閉】
如何與病原菌共存的同時，維持一定的繁殖力？實際上，植物自帶了一套聰明的防衛(wèi)體系，破解這一體系也成為保障糧食安全的密碼。
中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員何祖華說，中國的作物病害（如稻瘟病、紋枯病、白葉枯病、稻曲病等）常年發(fā)生，年均發(fā)病面積在1.2-1.5億畝，發(fā)病稻田產量損失15%-30%。中國農田大量投入使用的農藥占約全世界35%的農藥使用量，使用農藥會帶來一系列副作用。盡管大量使用農藥，每年中國仍然因病蟲害損失糧食至少1600萬噸，相當于3億人一年的口糧。
因此，“有效控制水稻病害是端牢中國人飯碗的有力舉措?！焙巫嫒A說，作物育種學家和病理學家長期致力于選育廣譜持久的水稻抗病品種，但高抗的水稻品種往往生長發(fā)育受到限制，導致產量降低，即以犧牲生長發(fā)育為代價換取抗病性。
那如何在水稻抗病的同時不影響其產量性狀，維持好植物抗病與生長發(fā)育的平衡？此外，面對病原菌的不斷進化，如何讓植物的免疫屏障有效抵御不同病原菌的反復進攻？
針對這些問題，何祖華研究團隊經過15年追蹤，終于獲得了答案。
2021年9月30日，何祖華研究團隊在國際頂尖學術期刊《細胞》（Cell）在線發(fā)表論文。這是該研究團隊繼2017年在《科學》（Science）發(fā)表水稻廣譜抗病新機制后的又一重大進展。
研究揭示了水稻鈣離子新感受子ROD1精細調控水稻免疫，降低水稻因廣譜抗病而引發(fā)的生存代價，平衡水稻抗病性與生殖生長和產量性狀的分子機制。研究發(fā)現ROD1作為一個新的植物免疫抑制中樞，通過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。
因此，在沒有病原菌侵染時，植物的基礎免疫維持在較低水平，有利于水稻生殖生長，進而提高產量。但當病原菌侵染時，植物進化出了聰明的免疫激發(fā)新途徑：通過降解ROD1減弱其功能，從而保證植物在抵御病原菌時能產生有效的防衛(wèi)反應，不至于迅速發(fā)病枯死，并能繁殖后代。
另一方面，病原菌和植物長期處于“軍備競賽”的協(xié)同進化過程中。研究發(fā)現水稻稻瘟病菌會進化出模擬ROD1結構的毒性蛋白，在植物體內盜用ROD1的免疫抑制途徑，實現侵染的目的。
由于植物無法逃避病原菌的侵染，因此進化出了與病原菌共同生存的策略：通過適當減弱植物的抗病能力，來保證其生長繁殖，延續(xù)后代，讓植物抗病性與繁殖力維持相對平衡的水平。這就是植物聰明的生存之道。
以往相關研究聚焦在鈣離子信號如何激活植物免疫的問題，該成果則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結構模擬介導的協(xié)同進化機制，為植物免疫領域研究提供重要的新啟示。
該研究首次說明作物能夠選擇與氣候或栽培條件相適應的免疫策略，讓植物抗病能力與生長發(fā)育即環(huán)境適應性達到最佳平衡。該研究組通過對3000多種不同水稻品種的基因序列分析，進一步挖掘ROD1的育種應用價值，發(fā)現ROD1單個氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布，說明作物抗病性受地域起源的選擇，豐富了作物馴化的理論基礎。
此外，研究還發(fā)現ROD1的功能在禾谷類作物中是保守的，從而提出了可以通過編輯或操縱這類新的感病基因實現廣譜抗病的新策略，對培育高產高抗的作物品種具有重要的指導意義和應用潛力。
