【光明日报】为植物带来对抗病原菌的“化学装备”——上海科学家在水稻广谱抗病的免疫代谢机制上获得重大发现
文章来源：分子植物科学卓越创新中心 | 发布时间：2021-12-16 | 【】 【】
作为我国主要的粮食作物，水稻的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。为了获取粮食的高产稳产，农业生产中施加大量农药，严重影响生态环境和食品安全，是我国农业生产中亟待解决的重大问题之一。
12月16日，国际顶尖学术期刊《自然》（nature）在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队完成的题为 “nlrs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity（nlr免疫受体保护植物防卫代谢并协同免疫反应）”的研究论文，揭示了一条全新的植物基础免疫代谢调控网络，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。
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。
何祖华研究团队综合运用田间及遗传、分子生物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。进一步揭示了一条全新的植物防卫代谢通路—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）。有意思的是，病原菌通过分泌毒性蛋白直接降解pici1，抑制水稻的基础抗病性，使之有利于病原菌的入侵。
研究发现，水稻进化产生的广谱抗病nlr受体可以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，进而激活更多的防卫化学物质（蛋氨酸—乙烯）的合成，以获得广谱抗病性。何祖华研究员表示，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。
这是一个典型的植物—病原菌“军备竞赛”的研究范例，而防卫代谢 “pici1—蛋氨酸—乙烯”通路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。此外，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。
据悉，中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后翟科然、博士研究生梁迪为此次论文共同第一作者，何祖华研究员为通讯作者。该研究工作得到了中国科学院分子植物科学卓越创新中心韩斌院士、文啟光研究员和王二涛研究员，南方科技大学郭红卫教授，扬州大学张林教授等的合作，也得到了中国水稻所魏兴华研究员、华南农业大学张桂权教授等在育种材料上的帮助。同时，该研究工作得到了国家自然科学基金委基础科学中心和重点项目、中科院先导项目、国家重点研发计划等资助。
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