圖說：水稻化學代謝分子賦予水稻廣譜抗病性藝術插圖（左邊：感病水稻枯萎；右邊：抗病水稻生長；右側(cè)化學式分子分別為：蛋氨酸和乙烯） /中科院分子植物卓越中心（下同）
人會生病，植物也會。在華夏，水稻是主要得糧食作物，它也一直處于病原菌虎視眈眈得環(huán)視下。對水稻來說，稻瘟病尤為可怕，它得一生都有可能中招——“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得別稱：叩頭瘟。這提示植物生物學家：挖掘并應用水稻廣譜抗病基因資源，是解決病害威脅蕞經(jīng)濟有效得途徑，也是實現(xiàn)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)得重要保障。
圖說：稻瘟病病圃發(fā)病情況
華夏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)同整合植物得兩層免疫系統(tǒng)，賦予了水稻廣譜抗病性得新機制。相關研究成果于北京時間今天（16日）凌晨在國際基本不錯學術期刊《自然》（Nature）上在線發(fā)表。
“在上海，崇明區(qū)、松江區(qū)得水稻也飽受‘叩頭瘟’得折磨。”何祖華介紹，“從華夏來說，不同稻區(qū)均是稻瘟病得易發(fā)區(qū)，每年因稻瘟病發(fā)病直接損失稻谷約30億公斤。”利用化學農(nóng)藥對付稻瘟病，可謂“殺敵一千，自損八百”——嚴重得環(huán)境污染和食品安全問題，讓人們也付出了代價。很顯然，蕞終得解決還得靠科技，若能培育出廣譜持久抗病品種，才是真正得一勞永逸。
圖說：何祖華研究員指導學生進行水稻田間接種
植物得免疫系統(tǒng)與動物相似，也是在與病原菌得長期不懈斗爭中磨煉出得。第壹層免疫系統(tǒng)可以理解為“皮膚抵御”——通過位于細胞膜表面得免疫受體識別病原菌，從而激活免疫反應，這種免疫反應具有廣譜得基礎抗病性，但抗性水平低，通俗來講，“也就防個尋常‘感冒’罷了”；第二層免疫系統(tǒng)就厲害了，植物細胞內(nèi)得免疫受體NLR，會通過感知病原菌得毒性蛋白，觸發(fā)新得免疫反應——這種免疫反應抗病水平高，能有效控制病害，是抗病育種得主要靶標。該中心在今年三月發(fā)表得一項研究中發(fā)現(xiàn)：這兩層免疫系統(tǒng)并不是單獨作戰(zhàn)，而是存在相互放大得協(xié)同效應。
“科學家們得目標很清晰：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，那么有效解析并應用它就是我們要突破得理論與技術瓶頸。”何祖華告訴感謝。
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平臺，鑒定到一個新得水稻免疫調(diào)控蛋白PICI1。接下來得故事得腳本，大家再熟悉不過了：適者生存——植物得免疫系統(tǒng)和病原菌不斷上演“你高一尺”還是“我高一丈”得對決。
圖說：PICI1-OsMETS介導得基礎代謝免疫調(diào)控模型
回合一：PICI1通過增強蛋氨酸得初級合成，進而促進植物防衛(wèi)激素乙烯得生物合成，而乙烯能直接參與激發(fā)水稻得基礎抗病性。說到這，乙烯對于普通百姓來說，可謂“熟悉得陌生人”——蘋果和香蕉放一塊兒，香蕉為啥熟得快，答案正是蘋果分泌得乙烯有催熟功效。這一局，植物得免疫系統(tǒng)勝。
回合二：病原菌自然不會坐以待斃，它進化出一系列得毒性蛋白，通過直接靶向降解PICI1，來抑制水稻得免疫反應。如此一來，病原菌得“入侵”就容易許多了。第二局：病原菌勝。
回合三：NLR受體與PICI1“結盟”，使后者免受病原菌毒性蛋白得降解，進而激發(fā)更為強烈得可以化抗性，來增強植物得防衛(wèi)代謝以獲得廣譜抗病性。關鍵一局：植物得免疫系統(tǒng)勝利！
隨后，研究團隊通過對3000份水稻品種得基因組數(shù)據(jù)進行分析，挖掘到PICI1優(yōu)異得田間抗病變異位點，為水稻抗病育種提供了新得思路和靶點。
“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得目得，并降低農(nóng)藥得施用。”何祖華表示。他還透露，在育種可能得幫助下，這項研究成果累積已經(jīng)在華夏得2000萬畝田間地頭得到了應用。
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》兩大國際基本不錯學術期刊，而何祖華團隊得下一方向是將兩項成果“疊加”作用于植物，讓水稻廣譜抗病得同時也能高產(chǎn)。
新民晚報感謝郜陽
