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)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(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。12月16日，《自然》雜志在線發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。

水稻作為我國(guó)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)。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(guó)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。而目前利用化學(xué)農(nóng)藥對(duì)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。

植物的免疫系統(tǒng)與動(dòng)物類似，主要包括兩層免疫系統(tǒng)。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)的免疫反應(yīng)（PTI）。同時(shí)，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?；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)。

“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，而如何發(fā)掘并應(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?！焙巫嫒A研究員告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，探索免疫受體尤其是廣譜抗病的NLR受體如何在與病原菌在“軍備競(jìng)賽”中，通過增強(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)域的重要科學(xué)難題。

據(jù)介紹，何祖華團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用植物病理、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)防衛(wèi)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。

研究人員發(fā)現(xiàn)，水稻進(jìn)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(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。

何祖華表示，這是一個(gè)典型的植物—病原菌“軍備競(jìng)賽”的研究范例，而防衛(wèi)代謝“PICI1—蛋氨酸—乙烯”途徑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，該研究團(tuán)隊(duì)通過對(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)。

通過加強(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。

相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1038/s41586-021-04219-2

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