【人民日报】高抗水稻有望高产！我国科学家在植物免疫抑制等方面获重大发现
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2021-10-01 | 【】 【】
近年来，我国水稻病虫害发生情况严重，有关数据显示，我国一年因病虫害导致的水稻粮食减产约为3亿人口的口粮。为了有效控制水稻病害，保障我国粮食高产稳产，科学家长期致力于选育能对抗多种病原菌入侵的水稻品种，即常听到的广谱抗病品种。然而，这些高抗的水稻品种往往生长发育受限，植株矮小、低产。如何在水稻抗病的同时不影响其生长发育、实现稳产高产？植物抗病与生长发育如何取得平衡？面对病原菌的不断进化，如何激活植物的免疫应答，有效抵御不同病原菌的反复进攻？经过15年的不懈追踪，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队回答了上述困扰植物病理学界多年的难题。
9月30日，何祖华研究团队在国际顶尖学术期刊《细胞》（cell）在线发表论文，揭示了水稻的rod1基因如何调控水稻的免疫、平衡水稻抗病性、生殖生长和产量的机制，在rod1基因的调节下，水稻在广谱抗病的同时也能正常生长发育、繁衍后代。
rod1是如何显神通的？研究发现，rod1作为一个新的植物免疫抑制中枢，通过降解具有免疫活性的超氧分子（ros），从而抑制植物的防卫反应。因此，在没有病原菌侵染时，植物的基础免疫维持在较低水平，有利于水稻生殖生长，进而提高产量。但当病原菌侵染时，植物进化出了聪明的免疫激发新途径：通过降解rod1减弱其功能，从而保证植物在抵御病原菌时能产生有效的防卫反应，不至于迅速发病枯死，并能繁殖后代。
另一方面，病原菌和植物长期处于“军备竞赛”的协同进化过程中。该研究还发现，狡猾的水稻稻瘟病菌会进化出模拟rod1结构的毒性蛋白，在植物体内盗用rod1的免疫抑制途径，实现侵染的目的。聪明的植物自知逃不掉病原菌的侵染，便进化出了与病原菌共同生存的策略，即通过适当减弱植物的抗病能力，来保证其生长繁殖，延续后代，让植物抗病性与繁殖力维持相对平衡的水平。
以往相关研究聚焦在钙离子信号如何激活植物免疫的问题，但该成果揭示了一条以钙离子受体rod1为核心的免疫抑制新通路，以及植物与病原菌利用蛋白质结构模拟介导的协同进化机制，为植物免疫领域研究提供重要的新启示。该研究首次说明作物能够选择与气候或栽培条件相适应的免疫策略，让植物抗病能力与生长发育即环境适应性达到最佳平衡。
何祖华团队进一步挖掘出rod1的育种应用价值，通过对3000多种不同水稻品种的基因序列分析，发现rod1单个氨基酸的改变可以影响其抗性和地理分布，说明作物抗病性受地域起源的选择，从而丰富了作物驯化的理论基础。此外，他们还发现rod1的功能在禾谷类作物中一直“沉寂”，提出了可以通过操纵这类新的感病基因实现禾谷类作物广谱抗病的新策略，对培育高产高抗的作物品种具有重要的指导意义和应用潜力。
这是该研究团队继2017年在《科学》（science）发表水稻广谱抗病新机制后的又一重大进展。中科院院士、中科院分子植物科学卓越创新中心主任韩斌表示，各种农作物病原菌对农业生产造成巨大损失，严重威胁粮食安全。何祖华团队的这项研究不仅拓宽了人们对于作物抗病性基础理论的认知，也为设计新的抗病基因、开发高产抗病作物品种提供了新的研发思路，对促进我国农业科学的发展、提升国际前沿研究水平具有重要的意义。
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