多年來讓育種學(xué)家感到苦惱的是，作物的產(chǎn)量和抗病性可謂魚與熊掌不可兼得。比如，產(chǎn)量高的水稻，面對病害時常常顯得不堪一擊；而那些能在病害中頑強生存的水稻，不僅樣子“矮丑”，產(chǎn)量還大大減少。

如何在水稻抗病的同時不影響其產(chǎn)量性狀，維持好植物抗病與生長發(fā)育的平衡？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(fù)進攻？中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團隊經(jīng)過15年不懈追蹤，終于獲得了答案。

植物生存之道：抗病性與繁殖力維持相對平衡

水稻是我國最重要的糧食作物之一，但近年來，我國水稻病蟲害發(fā)生情況嚴(yán)重，病蟲害種類多，發(fā)生范圍廣，呈現(xiàn)多發(fā)、頻發(fā)、老病新發(fā)態(tài)勢，對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，為了有效控制水稻病害，保障我國糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，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。

2017年，何祖華研究團隊克隆了廣譜抗稻瘟病基因Pigm，并在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。4年后，該團隊的又一項與水稻廣譜抗病相關(guān)的重磅科研成果登上了國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。9月30日在線發(fā)表的一篇論文，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，平衡水稻抗病性與生殖生長和產(chǎn)量性狀的分子機制。

研究人員發(fā)現(xiàn)，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(yīng)。在沒有病原菌侵染時，植物的基礎(chǔ)免疫維持在較低水平，有利于水稻生殖生長，進而提高產(chǎn)量。但當(dāng)病原菌侵染時，植物通過降解ROD1減弱其功能，從而保證植物在抵御病原菌時能產(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。

有趣的是，水稻稻瘟病菌會進化出模擬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，降低植物免疫的水平，從而實現(xiàn)侵染的目的。

在入侵病害與生存發(fā)展之間，植物進化出了一條與病原菌共存的策略：ROD1既不會過度激活，也不會毫無作為，而是保持著一個合適的強度，適當(dāng)允許病原菌對自身的侵染，保證有一定數(shù)量的種子能夠繁衍生存。這讓植物抗病性與繁殖力維持相對平衡，也是植物聰明的生存之道。

為培育高產(chǎn)、抗病害作物帶來可能

“過去數(shù)千年來，我們的祖先一直在培育高產(chǎn)的水稻。很多具有抗病害能力的水稻被篩選掉了，這其實打破了植物維持的抗病性與繁殖力的相對平衡?！焙巫嫒A說，“通過這項研究，我們找到了一種在更高產(chǎn)的水準(zhǔn)上重新維持平衡的可能性?！?/p>

何祖華介紹說，由于ROD1可以調(diào)控植物的免疫能力，因此可以通過基因編輯或是育種雜交技術(shù)，在目前高產(chǎn)的水稻中，適當(dāng)犧牲一部分產(chǎn)量，而提升水稻的廣譜免疫能力?！氨热缭诋a(chǎn)量為1000公斤的水稻中，降低ROD1的表達(dá)，并激活免疫反應(yīng)。此時水稻的產(chǎn)量可能會下降到800或900公斤，卻可以不再使用農(nóng)藥，或是避免因為病害而減產(chǎn)甚至絕收的可能性”。這種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、綠色的水稻，將讓育種學(xué)家們實現(xiàn)“魚與熊掌兼得”的夢想。

此外，研究人員還通過對3000多種不同水稻品種的基因序列分析，發(fā)現(xiàn)ROD1單個氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布，種植于北方的部分粳稻因為面對更少的病害，ROD1激活水平高，基礎(chǔ)免疫水平低；種植于南方的部分秈稻由于要面對更多的病害，基礎(chǔ)抗病性高。這表明，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。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)。

這一系列研究成果，不僅拓寬了人們對于作物抗病性基礎(chǔ)理論的認(rèn)知，也為設(shè)計新的抗病基因、開發(fā)高產(chǎn)抗病作物品種提供了新的研發(fā)思路，對促進我國農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展、提升國際前沿研究水平具有重要的意義。

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