【解放日报】水稻也有生存之道？两代上海科学家历时15年不懈追问，找到了答案
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2021-10-01 | 【】 【】
一个富有挑战的科学问题
水稻是我国最重要的粮食作物之一，但近年来，水稻病虫害呈现多发、频发、老病新发态势，对农业生产和粮食安全构成严重威胁。抗病性能好的水稻品种往往产量不高，如何在抗病的同时不影响其产量性状？如何让植物的免疫屏障抵御不同病原菌的反复进攻？
解放日报·上观新闻记者获悉，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队经过15年不懈追问，终于获得了答案。2021年9月30日，相关论文在线发表于国际顶尖学术期刊《细胞》上。这是该团队继2017年在《科学》发表水稻广谱抗病新机制后的又一重大进展。
【“这差不多相当于3亿人一年的口粮了”】
“我国占世界约8%的耕地，却用了全世界约35%的农药。”何祖华介绍。
我国农作物病害年均发病面积在1.2-1.5亿亩，因此造成的产量损失高达15%-30%。有些重要病害，比如“纹枯病”，目前尚无育种上可用的抗病资源；再如“稻曲病”，老病新发，近20年来由于氮肥增加等原因，病害越来越重。稻曲病菌会产生环肽毒素，对人畜有较强毒害作用，引起肝脏肿大、生殖与泌尿系统病变等。
让人忧心的是，我国在大量使用农药的情况下，每年仍然因病虫害损失粮食至少1600万吨、棉花50万吨、油料90万吨和其他作物1100万吨。“这差不多相当于3亿人一年的口粮了！”
【植物如何不过度“防卫”，既抗病又稳产】
“像水稻等农作物，经过人类长期选择，高产等性状保留下来，而抗病性的性状会丢失。”论文的共同通讯作者杨卫兵研究员告诉解放日报·上观新闻记者。
作物抗病育种是控制病害最有效的途径，但高抗的水稻品种往往生长发育受到限制，导致产量降低。这就提出了一个富有挑战的科学问题：植物如何不过度“防卫”，既能抗病又能稳产。
经过15年的持续攻关，研究团队发现了水稻钙离子中的“感应器”rod1可精细调控水稻免疫，它通过降解具有免疫活性的超氧分子，从而抑制植物的“防卫”。
可别小看了这一“感应器”，它很会“玩平衡”呢！在没有病原菌“入侵”时，植物的基础免疫维持在较低水平，有利于水稻生长，进而提高产量。但当病原菌“大举侵入”时，rod1会被其他蛋白所降解，功能被减弱，植物的免疫则增强了，从而保证植物产生有效的“防卫”。
其实，病原菌和植物长期处于“军备竞赛”的协同进化过程中。研究发现，稻瘟病菌会进化出模拟rod1结构的毒性蛋白，并在植物体内盗用rod1的免疫抑制途径。而植物也进化出了与病原菌共同生存的策略，即适当减弱植物的抗病能力，来保证其生长繁殖，延续后代。这正是植物聪明的生存之道。
研究人员通过对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，进一步挖掘了其育种应用价值。此外，研究人员还发现rod1的功能在禾谷类作物中是保守的，提出了通过基因编辑实现广谱抗病的新策略。
【输入“广谱抗病”，他的名字肯定会出现】
“打个比方，本来最高产量可达900千克，适当减弱植物的抗病能力，虽然产量降低到850千克，但可大幅度减少农药，还能做到稳产，这相比病虫害导致的减产甚至颗粒无收，可以说相当了不起。”中科院分子植物卓越中心主任、中科院院士韩斌认为，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，对设计开发高产高抗的作物品种也具有重要的指导意义和应用潜力。
审稿人也高度评价，“从来没有看到过这么完整的工作，是结合基础研究与应用研究的范例。”
此次研究是两代科学家努力的结果，论文的共同通讯作者杨卫兵和第一作者高明君都是何祖华的学生，在长达15年的时间里，他们从来没有想过放弃。关键基因rod1位于染色体的一端，遗传重组率非常低，为了精准定位克隆到这个基因，就连他们自己都记不清究竟做了多少实验。留存下来的除了实验记录，还有一张摄于凌晨1时48分的照片（下图），那是高高摞起来的pcr板，每个板子有96个孔，每个孔就是一个pcr反应实验，这还只是其中一部分。
“何祖华是我们中心最高产的一位科学家，如果在搜索引擎里输入‘广谱抗病’这一关键词，他的名字肯定会出现。”韩斌院士说，从国外学成归来后的20多年里，何祖华把研发的广谱抗病基因无偿提供给中国的种业公司和育种专家使用，水稻种植面积至少已有1千万亩。“他是一位纯粹的科学家，一辈子把一件事做到底、做到极致。”
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