【上海科技报】抢占pici1“高地”——赢得植物与病原菌的生死对决
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2021-12-16 | 【】 【】
面对有着“水稻癌症”之称的稻瘟病侵害时，有些水稻一败涂地，有些水稻却能顽强生存。2017年，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队发表论文，证实造成两者差异的一个重要因素是水稻广谱与持久抗稻瘟病基因位点pigm。拥有这一抗瘟基因的水稻如今已在全国进行广泛试验种植。
然而，水稻广谱抗瘟的科学原理究竟是什么？何祖华研究团队的一篇最新论文12月16日在国际顶尖学术期刊《自然》在线发表。一场植物与病原菌争夺抗瘟“高地”的奇妙场景第一次展现在人们面前。
该论文揭示了一条全新的植物免疫代谢调控网络，水稻广谱抗病nlr免疫受体蛋白通过保护初级防卫代谢通路免受病原菌攻击，协同整合植物基础抗病性（pti）和专化性抗性（eti）两层免疫系统，赋予水稻广谱抗病性的新机制。
pici1“高地”争夺战
植物的免疫系统与动物类似，是经过与病原菌的长期不懈斗争所塑造的，主要包括两层免疫系统。
首先，植物通过位于细胞膜表面的免疫受体识别病原菌，从而激活免疫反应。该免疫反应具有广谱的基础抗病性， 但抗性水平低，不足以作为抗病育种的靶标，称之为基础抗病性免疫反应（pti）。
其次，植物细胞内的免疫受体nlr，会通过感知病原菌的毒性蛋白，触发新的免疫反应。该免疫反应抗病水平高，能有效控制病害，是抗病育种的主要靶标，但往往具有病原菌小种专化性的弱点，称之为专化性抗性免疫反应（eti）。
pti 和eti会相互促进，协同调控植物的防卫反应。
何祖华研究团队综合运用植物病理学、植物遗传学、分子生物学、蛋白组学和生物化学等实验技术平台，鉴定到一个新的水稻免疫调控蛋白pici1。
他们发现，pici1处于一条全新的植物防卫代谢通路上。pici1通过增强蛋氨酸合酶的蛋白稳定性，强化蛋氨酸合成，促进抗病激素乙烯的生物合成，从而调控水稻的基础抗病性（pti）。
然而，病原菌为了入侵水稻，会分泌毒性蛋白直接降解pici1，从而抑制水稻的基础抗病性，以实现长驱直入。
此时，水稻进化产生的广谱抗病nlr受体站了出来。它通过抑制病原菌毒性蛋白与pici1的互作，保护并加强pici1的功能，进而激活更多防卫化学物质（蛋氨酸—乙烯）的合成，以获得广谱抗病性。
这是一个典型的植物——病原菌“军备竞赛”的研究范例。谁能占领pici1“高地”，就能占据上风。防卫代谢“pici1—蛋氨酸—乙烯”途径作为植物和病原菌争夺的重要“化学装备”，对于植物获得广谱抗病的“全面胜利”起着至关重要的作用。
与稻瘟病争夺口粮
何祖华研究团队的这篇论文有何重要意义？要知道，水稻作为我国主要的粮食作物，其产量和品质受到多种病原菌的威胁。其中，稻瘟病作为水稻的“癌症”会造成水稻的减产甚至绝产，是水稻生产中最严重的病害之一。
据统计，全球范围内每年因稻瘟病造成的损失高达水稻总产量的10%。我国不同稻区均是稻瘟病的易发区，每年因稻瘟病发病直接损失稻谷约30亿公斤。因此，防治稻瘟病是我国粮食安全生产的主要任务之一。
而目前利用化学农药对田间病害进行防治的方法，已经造成了严重的环境污染和食品安全问题。因此，挖掘和培育新的广谱持久抗病品种是控制稻瘟病最为经济、安全和有效的方法，也是实现绿色生态农业的重要保障。
据悉，研究团队通过对3000份水稻品种的基因组数据进行分析，挖掘到pici1优异的田间抗病变异位点，为水稻抗病育种提供了新的思路和靶点。
何祖华表示，通过加强水稻“nlr-pici1—蛋氨酸—乙烯”化学防卫代谢网络，有望达到水稻广谱持久抗稻瘟病的目的，并降低农药的施用，为农业生产的可持续发展提供新的策略。
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