人會生病，植物也會。在我國，水稻是主要的糧食作物，它也一直處于病原菌虎視眈眈的環(huán)視下。對水稻來說，稻瘟病尤為可怕，它的一生都有可能中招——“癥狀”是大幅減產(chǎn)，“病重”了甚至會讓農(nóng)民顆粒無收。稻瘟病也有了個形象的別稱：叩頭瘟。這提示植物生物學家：挖掘并應(yīng)用水稻廣譜抗病基因資源，是解決病害威脅最經(jīng)濟有效的途徑，也是實現(xiàn)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要保障。

中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員何祖華長期耕耘于植物廣譜抗病領(lǐng)域，其研究團隊發(fā)現(xiàn)，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)同整合植物的兩層免疫系統(tǒng)，賦予了水稻廣譜抗病性的新機制。相關(guān)研究成果于北京時間今天（16日）凌晨在國際頂尖學術(shù)期刊《自然》（Nature）上在線發(fā)表。

“在上海，崇明區(qū)、松江區(qū)的水稻也飽受‘叩頭瘟’的折磨?！焙巫嫒A介紹，“從全國來說，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?！崩没瘜W農(nóng)藥對付稻瘟病，可謂“殺敵一千，自損八百”——嚴重的環(huán)境污染和食品安全問題，讓人們也付出了代價。很顯然，最終的解決還得靠科技，若能培育出廣譜持久抗病品種，才是真正的一勞永逸。

植物的免疫系統(tǒng)與動物相似，也是在與病原菌的長期不懈斗爭中磨煉出的。第一層免疫系統(tǒng)可以理解為“皮膚抵御”——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)，這種免疫反應(yīng)具有廣譜的基礎(chǔ)抗病性，但抗性水平低，通俗來講，“也就防個尋?！忻啊T了”；第二層免疫系統(tǒng)就厲害了，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)——這種免疫反應(yīng)抗病水平高，能有效控制病害，是抗病育種的主要靶標。該中心在今年三月發(fā)表的一項研究中發(fā)現(xiàn)：這兩層免疫系統(tǒng)并不是單獨作戰(zhàn)，而是存在相互放大的協(xié)同效應(yīng)。

“科學家們的目標很清晰：既然NLR受體基因?qū)τ谵r(nóng)作物廣譜抗病育種能發(fā)揮重要作用，那么有效解析并應(yīng)用它就是我們要突破的理論與技術(shù)瓶頸?！焙巫嫒A告訴記者。

何祖華研究團隊綜合運用作物病理、植物遺傳、分子生物學和生物化學等實驗技術(shù)平臺，鑒定到一個新的水稻免疫調(diào)控蛋白PICI1。接下來的故事的腳本，大家再熟悉不過了：適者生存——植物的免疫系統(tǒng)和病原菌不斷上演“你高一尺”還是“我高一丈”的對決。

回合一：PICI1通過增強蛋氨酸的初級合成，進而促進植物防衛(wèi)激素乙烯的生物合成，而乙烯能直接參與激發(fā)水稻的基礎(chǔ)抗病性。說到這，乙烯對于普通百姓來說，可謂“熟悉的陌生人”——蘋果和香蕉放一塊兒，香蕉為啥熟得快，答案正是蘋果分泌的乙烯有催熟功效。這一局，植物的免疫系統(tǒng)勝。

回合二：病原菌自然不會坐以待斃，它進化出一系列的毒性蛋白，通過直接靶向降解PICI1，來抑制水稻的免疫反應(yīng)。如此一來，病原菌的“入侵”就容易許多了。第二局：病原菌勝。

回合三：NLR受體與PICI1“結(jié)盟”，使后者免受病原菌毒性蛋白的降解，進而激發(fā)更為強烈的專業(yè)化抗性，來增強植物的防衛(wèi)代謝以獲得廣譜抗病性。關(guān)鍵一局：植物的免疫系統(tǒng)勝利！

隨后，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。

“通過加強水稻‘NLR-PICI1-蛋氨酸-乙烯’這張‘防衛(wèi)網(wǎng)’，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?！焙巫嫒A表示。他還透露，在育種專家的幫助下，這項研究成果累積已經(jīng)在我國的2000萬畝田間地頭得到了應(yīng)用。

中科院分子植物卓越中心主任、中科院院士韓斌介紹，對于中心而言，2021年是個“豐收年”，光何祖華研究團隊就有兩項成果先后登上《細胞》《自然》兩大國際頂尖學術(shù)期刊，而何祖華團隊的下一方向是將兩項成果“疊加”作用于植物，讓水稻廣譜抗病的同時也能高產(chǎn)。

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