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  • 【新民晚報】水稻免疫系統和病原菌的“三局兩勝”誰會贏?上??茖W家觀察其中精彩對決

    文章來源:分子植物科學卓越創新中心  |  發布時間:2021-12-16  |  【打印】 【關閉

      

    人會生病,植物也會。在我國,水稻是主要的糧食作物,它也一直處于病原菌虎視眈眈的環視下。對水稻來說,稻瘟病尤為可怕,它的一生都有可能中招——“癥狀”是大幅減產,“病重”了甚至會讓農民顆粒無收。稻瘟病也有了個形象的別稱: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,是解決病害威脅最經濟有效的途徑,也是實現綠色生態農業的重要保障。

    中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員何祖華長期耕耘于植物廣譜抗病領域,其研究團隊發現,水稻廣譜抗病NLR免疫受體蛋白通過保護初級防衛代謝通路免受病原菌攻擊,協同整合植物的兩層免疫系統,賦予了水稻廣譜抗病性的新機制。相關研究成果于北京時間今天(16日)凌晨在國際頂尖學術期刊《自然》(Nature)上在線發表。

    “在上海,崇明區、松江區的水稻也飽受‘叩頭瘟’的折磨?!焙巫嫒A介紹,“從全國來說,不同稻區均是稻瘟病的易發區,每年因稻瘟病發病直接損失稻谷約30億公斤?!崩没瘜W農藥對付稻瘟病,可謂“殺敵一千,自損八百”——嚴重的環境污染和食品安全問題,讓人們也付出了代價。很顯然,最終的解決還得靠科技,若能培育出廣譜持久抗病品種,才是真正的一勞永逸。

    植物的免疫系統與動物相似,也是在與病原菌的長期不懈斗爭中磨煉出的。第一層免疫系統可以理解為“皮膚抵御”——通過位于細胞膜表面的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的基礎抗病性,但抗性水平低,通俗來講,“也就防個尋?!忻啊T了”;第二層免疫系統就厲害了,植物細胞內的免疫受體NLR,會通過感知病原菌的毒性蛋白,觸發新的免疫反應——這種免疫反應抗病水平高,能有效控制病害,是抗病育種的主要靶標。該中心在今年三月發表的一項研究中發現:這兩層免疫系統并不是單獨作戰,而是存在相互放大的協同效應。

    “科學家們的目標很清晰:既然NLR受體基因對于農作物廣譜抗病育種能發揮重要作用,那么有效解析并應用它就是我們要突破的理論與技術瓶頸?!焙巫嫒A告訴記者。

    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,鑒定到一個新的水稻免疫調控蛋白PICI1。接下來的故事的腳本,大家再熟悉不過了:適者生存——植物的免疫系統和病原菌不斷上演“你高一尺”還是“我高一丈”的對決。

    回合一:PICI1通過增強蛋氨酸的初級合成,進而促進植物防衛激素乙烯的生物合成,而乙烯能直接參與激發水稻的基礎抗病性。說到這,乙烯對于普通百姓來說,可謂“熟悉的陌生人”——蘋果和香蕉放一塊兒,香蕉為啥熟得快,答案正是蘋果分泌的乙烯有催熟功效。這一局,植物的免疫系統勝。

    回合二:病原菌自然不會坐以待斃,它進化出一系列的毒性蛋白,通過直接靶向降解PICI1,來抑制水稻的免疫反應。如此一來,病原菌的“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的降解,進而激發更為強烈的專業化抗性,來增強植物的防衛代謝以獲得廣譜抗病性。關鍵一局:植物的免疫系統勝利!

    隨后,研究團隊通過對3000份水稻品種的基因組數據進行分析,挖掘到PICI1優異的田間抗病變異位點,為水稻抗病育種提供了新的思路和靶點。

    “通過加強水稻‘NLR-PICI1-蛋氨酸-乙烯’這張‘防衛網’,有望達到水稻廣譜持久抗稻瘟病的目的,并降低農藥的施用?!焙巫嫒A表示。他還透露,在育種專家的幫助下,這項研究成果累積已經在我國的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》兩大國際頂尖學術期刊,而何祖華團隊的下一方向是將兩項成果“疊加”作用于植物,讓水稻廣譜抗病的同時也能高產。

    文章鏈接:https://wap.xinmin.cn/content/32081381.html

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