12月16日，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了中國(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)完成的題為 “NLR免疫受體保護(hù)植物防衛(wèi)代謝并協(xié)同免疫反應(yīng)”的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎(chǔ)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(guò)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）和專(zhuān)化性抗性（ETI）兩層免疫系統(tǒng)，賦予水稻廣譜抗病性的新機(jī)制。

植物的免疫系統(tǒng)與動(dòng)物類(lèi)似，是經(jīng)過(guò)與病原菌的長(zhǎng)期不懈斗爭(zhēng)所塑造的，主要包括兩層免疫系統(tǒng)。首先，植物通過(guò)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)，被稱為基礎(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(guò)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專(zhuān)化性的弱點(diǎn)，被稱為專(zhuān)化性抗性免疫反應(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)。

NLR受體基因?qū)τ谵r(nóng)作物廣譜抗病育種發(fā)揮重要作用，而如何有效解析并應(yīng)用廣譜抗病NLR基因是目前農(nóng)作物抗病育種的主要技術(shù)瓶頸。同時(shí)，探索免疫受體尤其是廣譜抗病的NLR受體如何在與病原菌的“軍備競(jìng)賽”中，通過(guò)增強(qiáng)植物的防衛(wèi)代謝以獲得廣譜抗病性，一直是植物病理和農(nóng)作物育種領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。

何祖華研究團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用田間及遺傳、分子生物學(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。進(jìn)一步揭示了一條全新的植物防衛(wèi)代謝通路——PICI1通過(guò)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）。有意思的是，病原菌通過(guò)分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的基礎(chǔ)抗病性，使之有利于病原菌的入侵。

研究發(fā)現(xiàn)，水稻進(jìn)化產(chǎn)生的廣譜抗病NLR受體可以通過(guò)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)而激活更多的防衛(wèi)化學(xué)物質(zhì)（蛋氨酸—乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。

在這場(chǎng)植物—病原菌的“軍備競(jìng)賽”中，防衛(wèi)代謝物質(zhì)“PICI1—蛋氨酸—乙烯”作為植物和病原菌爭(zhēng)奪的重要“化學(xué)裝備”，對(duì)于植物獲得廣譜抗病的“全面勝利”起著至關(guān)重要的作用。

此外，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)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)。

近年來(lái)，隨著全球氣候的變化，農(nóng)作物病害爆發(fā)頻繁。為了獲取糧食的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施加大量農(nóng)藥，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和食品安全，是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問(wèn)題之一。通過(guò)加強(qiáng)水稻“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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