12月16日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團隊完成的題為 “NLR免疫受體保護植物防衛(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免疫受體蛋白通過保護初級防衛(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制。

植物的免疫系統(tǒng)與動物類似，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，植物通過位于細胞膜表面的免疫受體識別病原菌，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，被稱為基礎(chǔ)抗病性免疫反應(yīng)（PTI）。其次，植物細胞內(nèi)的免疫受體NLR，會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，但往往具有病原菌小種?；缘娜觞c，被稱為?；钥剐悦庖叻磻?yīng)（ETI）。PTI 和ETI會相互促進，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，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“軍備競賽”中，通過增強植物的防衛(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。

何祖華研究團隊綜合運用田間及遺傳、分子生物學(xué)和生物化學(xué)等實驗技術(shù)平臺，鑒定到一個新的水稻免疫調(diào)控蛋白PICI1。進一步揭示了一條全新的植物防衛(wèi)代謝通路——PICI1通過增強蛋氨酸合酶的蛋白穩(wěn)定性，強化蛋氨酸合成，促進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)，水稻進化產(chǎn)生的廣譜抗病NLR受體可以通過抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護并加強PICI1的功能，進而激活更多的防衛(wèi)化學(xué)物質(zhì)（蛋氨酸—乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。

在這場植物—病原菌的“軍備競賽”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。

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

近年來，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，嚴重影響生態(tài)環(huán)境和食品安全，是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問題之一。通過加強水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學(xué)防衛(wèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，有望達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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