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賦予水稻廣譜抗病性新機制科學家找到水稻體抗瘟“兵工廠”

2021-12-31 15:48:01 來源：科技日報

在與病原菌長期的“軍備競賽”中，植物進化出基礎抗病性免疫反應(PTI)和專業化抗病性免疫反應(ETI)兩層免疫系統作為防衛武器。這兩種武器各有優劣，PTI具有廣譜性，但是殺傷力弱;ETI雖然戰斗力強，但是殺傷范圍比PTI小。

12月16日，國際學術期刊《自然》在線發表中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華研究團隊的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎免疫代謝調控網絡，該網絡能夠協同整合PTI和ETI兩層免疫系統，賦予水稻廣譜抗病性新機制。

水稻“癌癥”稻瘟病會造成水稻減產甚至絕產。我國水稻每年因稻瘟病直接損失約30億公斤。目前利用化學農藥對田間病害進行防治的方法，已經造成了環境污染和食品安全問題。因此，挖掘和培育新的廣譜持久抗病品種是控制稻瘟病最為經濟、安全和有效的方法。

乙烯是水稻自身產生的能對抗稻瘟病的激素，持續不斷的乙烯供應是水稻取得全面勝利的必要條件。何祖華團隊在研究中重點尋找共同參與調控PTI和ETI的基因位點，最后發現了能夠加速乙烯生產供應的免疫調控蛋白PICI1。

何祖華介紹，PICI1既作用于PTI，也作用于其他免疫受體。同時他們首次發現，PICI1能夠增強底物蛋氨酸合成酶的蛋白穩定性，而乙烯前體就是蛋氨酸。

PICI1通過增強蛋氨酸合成酶的蛋白穩定性，強化蛋氨酸的合成，促進防衛激素乙烯的生物合成，從而調控PTI。也就是說，擁有了PICI1，水稻就擁有了持久供應防衛激素——乙烯的“兵工廠”。

但病原菌能夠通過分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的PTI。這時植物細胞內的免疫受體NLR可以感知病原菌的毒性蛋白，觸發ETI，進而激活更多乙烯的合成，以獲得廣譜抗病性。

“PICI1相當于一個戰略要地，病原菌毒性蛋白的目的是要降解PICI1，水稻自身的抗病蛋白NLR則可以保護PICI1，只要有對應的NLR就可以干擾病原菌毒性蛋白降解PICI1，這就揭示了病原菌毒性蛋白和水稻抗病蛋白之間存在競爭性互作。”何祖華說。

也就是說，PICI1-NLR是水稻廣譜抗瘟的育種靶標，通過加強水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學防衛代謝網絡，有望獲得少用農藥就能持久對抗稻瘟病的新策略。(侯樹文王春)

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