面對有著“水稻癌癥”之稱的稻瘟病侵害時(shí)，有些水稻一敗涂地，有些水稻卻能頑強(qiáng)生存。2017年，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(tuán)隊(duì)發(fā)表論文，證實(shí)造成兩者差異的一個(gè)重要因素是水稻廣譜與持久抗稻瘟病基因位點(diǎn)Pigm。擁有這一抗瘟基因的水稻如今已在全國進(jìn)行廣泛試驗(yàn)種植。

然而，水稻廣譜抗瘟的科學(xué)原理究竟是什么？何祖華研究團(tuán)隊(duì)的一篇最新論文12月16日在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。一場植物與病原菌爭奪抗瘟“高地”的奇妙場景第一次展現(xiàn)在人們面前。

該論文揭示了一條全新的植物免疫代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，水稻廣譜抗病NLR免疫受體蛋白通過保護(hù)初級(jí)防衛(wèi)代謝通路免受病原菌攻擊，協(xié)同整合植物基礎(chǔ)抗病性（PTI）和?；钥剐裕‥TI）兩層免疫系統(tǒng)，賦予水稻廣譜抗病性的新機(jī)制。

PICI1“高地”爭奪戰(zhàn)

植物的免疫系統(tǒng)與動(dòng)物類似，是經(jīng)過與病原菌的長期不懈斗爭所塑造的，主要包括兩層免疫系統(tǒng)。

首先，植物通過位于細(xì)胞膜表面的免疫受體識(shí)別病原菌，從而激活免疫反應(yīng)。該免疫反應(yīng)具有廣譜的基礎(chǔ)抗病性， 但抗性水平低，不足以作為抗病育種的靶標(biāo)，稱之為基礎(chǔ)抗病性免疫反應(yīng)（PTI）。

其次，植物細(xì)胞內(nèi)的免疫受體NLR，會(huì)通過感知病原菌的毒性蛋白，觸發(fā)新的免疫反應(yīng)。該免疫反應(yīng)抗病水平高，能有效控制病害，是抗病育種的主要靶標(biāo)，但往往具有病原菌小種?；缘娜觞c(diǎn)，稱之為?；钥剐悦庖叻磻?yīng)（ETI）。

PTI 和ETI會(huì)相互促進(jìn)，協(xié)同調(diào)控植物的防衛(wèi)反應(yīng)。

何祖華研究團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用植物病理學(xué)、植物遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、蛋白組學(xué)和生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)，鑒定到一個(gè)新的水稻免疫調(diào)控蛋白PICI1。

他們發(fā)現(xiàn)，PICI1處于一條全新的植物防衛(wèi)代謝通路上。PICI1通過增強(qiáng)蛋氨酸合酶的蛋白穩(wěn)定性，強(qiáng)化蛋氨酸合成，促進(jìn)抗病激素乙烯的生物合成，從而調(diào)控水稻的基礎(chǔ)抗病性（PTI）。

然而，病原菌為了入侵水稻，會(huì)分泌毒性蛋白直接降解PICI1，從而抑制水稻的基礎(chǔ)抗病性，以實(shí)現(xiàn)長驅(qū)直入。

此時(shí)，水稻進(jìn)化產(chǎn)生的廣譜抗病NLR受體站了出來。它通過抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護(hù)并加強(qiáng)PICI1的功能，進(jìn)而激活更多防衛(wèi)化學(xué)物質(zhì)（蛋氨酸—乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。

這是一個(gè)典型的植物——病原菌“軍備競賽”的研究范例。誰能占領(lǐng)PICI1“高地”，就能占據(jù)上風(fēng)。防衛(wèi)代謝“PICI1—蛋氨酸—乙烯”途徑作為植物和病原菌爭奪的重要“化學(xué)裝備”，對于植物獲得廣譜抗病的“全面勝利”起著至關(guān)重要的作用。

與稻瘟病爭奪口糧

何祖華研究團(tuán)隊(duì)的這篇論文有何重要意義？要知道，水稻作為我國主要的糧食作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)受到多種病原菌的威脅。其中，稻瘟病作為水稻的“癌癥”會(huì)造成水稻的減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，是水稻生產(chǎn)中最嚴(yán)重的病害之一。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)每年因稻瘟病造成的損失高達(dá)水稻總產(chǎn)量的10%。我國不同稻區(qū)均是稻瘟病的易發(fā)區(qū)，每年因稻瘟病發(fā)病直接損失稻谷約30億公斤。因此，防治稻瘟病是我國糧食安全生產(chǎn)的主要任務(wù)之一。

而目前利用化學(xué)農(nóng)藥對田間病害進(jìn)行防治的方法，已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和食品安全問題。因此，挖掘和培育新的廣譜持久抗病品種是控制稻瘟病最為經(jīng)濟(jì)、安全和有效的方法，也是實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要保障。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)通過對3000份水稻品種的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘到PICI1優(yōu)異的田間抗病變異位點(diǎn)，為水稻抗病育種提供了新的思路和靶點(diǎn)。

何祖華表示，通過加強(qiáng)水稻“NLR-PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學(xué)防衛(wèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，有望達(dá)到水稻廣譜持久抗稻瘟病的目的，并降低農(nóng)藥的施用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供新的策略。

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