如何與病原菌共存的同時(shí)，維持一定的繁殖力？實(shí)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(xué)院分子植物科學(xué)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(chǎn)量損失15%-30%。中國農(nóng)田大量投入使用的農(nóng)藥占約全世界35%的農(nóng)藥使用量，使用農(nóng)藥會(huì)帶來一系列副作用。盡管大量使用農(nóng)藥，每年中國仍然因病蟲害損失糧食至少1600萬噸，相當(dāng)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(xué)家和病理學(xué)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(dǎo)致產(chǎn)量降低，即以犧牲生長發(fā)育為代價(jià)換取抗病性。

那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發(fā)育的平衡？此外，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？

針對(duì)這些問題，何祖華研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過15年追蹤，終于獲得了答案。

2021年9月30日，何祖華研究團(tuán)隊(duì)在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表論文。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。

研究揭示了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和產(chǎn)量性狀的分子機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)ROD1作為一個(gè)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(yīng)。

因此，在沒有病原菌侵染時(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，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，病原菌和植物長期處于“軍備競賽”的協(xié)同進(jìn)化過程中。研究發(fā)現(xiàn)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。

由于植物無法逃避病原菌的侵染，因此進(jìn)化出了與病原菌共同生存的策略：通過適當(dāng)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(duì)平衡的水平。這就是植物聰明的生存之道。

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(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發(fā)育即環(huán)境適應(yīng)性達(dá)到最佳平衡。該研究組通過對(duì)3000多種不同水稻品種的基因序列分析，進(jìn)一步挖掘ROD1的育種應(yīng)用價(jià)值，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(chǔ)。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)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。

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