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某些超級稻品種產(chǎn)量高卻抗病性差，維持高產(chǎn)得靠農(nóng)藥；某些野生稻天生抗感染力強，但卻產(chǎn)量低下、個子矮小。是否有望讓水稻少生病，保持穩(wěn)定高產(chǎn)呢？中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團隊經(jīng)過15年不懈追蹤，終于獲得突破，找到了植物廣譜免疫調(diào)節(jié)的關(guān)鍵基因。今天，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《細胞》雜志在線發(fā)表了該論文。

水稻是我國最重要的糧食作物之一。水稻病蟲害種類多、發(fā)生范圍廣，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全帶來威脅。如何能讓高產(chǎn)稻種擁有抗感染的強壯“體魄”？何祖華研究團隊從15年前就開始了鍥而不舍的探索。

“為了追求產(chǎn)量，以往我們只關(guān)注植株漂亮、穗粒飽滿的水稻。”何祖華說，抱著“天生我材必有用”的信念，他們從幾千份水稻資源中收集抗病植株，潛心尋找植物廣譜抗病的機理。

功夫不負有心人，研究團隊終于解開了這個謎團。

原來，水稻的免疫系統(tǒng)受到鈣離子新感受子ROD1的精細調(diào)控。以往科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的鈣離子信號，多為激起免疫系統(tǒng)抵御“外敵”，但ROD1的主要功能卻是“催眠”免疫系統(tǒng)——平時它會降解具有免疫活性的超氧分子ROS，使其處于低水平活動；當有病原菌侵襲時，ROD1就會被降解，從而解除對免疫系統(tǒng)的“催眠”，使它們奮勇“殺敵”，保衛(wèi)植株健康。

“植物的這種策略非常聰明，令人意想不到。”何祖華解釋，維持免疫系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)，需要消耗大量能量，如果一直處于這種狀態(tài)，會對植物生長、繁殖造成不利影響。ROD1的存在，可以讓植物在沒有感染時集中能量長個子、結(jié)穗子，當有病害相侵時再調(diào)動免疫系統(tǒng)與之對抗，不至于迅速發(fā)病枯死，并能繁殖后代。

與此同時，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，病原菌和植物長期處于“軍備競賽”的協(xié)同進化過程中。研究發(fā)現(xiàn)，水稻稻瘟病菌會進化出模擬ROD1結(jié)構(gòu)的毒性蛋白，在植物體內(nèi)盜用ROD1的免疫抑制途徑，實現(xiàn)侵染的目的。

“更有趣的是，由于植物無法逃避病原菌的侵染，因此進化出了與病原菌‘共存’的策略。”論文共同通訊作者、分子植物卓越中心研究員楊衛(wèi)兵介紹，植物會適當減弱自己的抗病能力，來保證其生長繁殖，延續(xù)后代，讓植物抗病性與繁殖力維持相對平衡的水平——這就是植物聰明的生存之道。

這一系列發(fā)現(xiàn)為植物免疫領(lǐng)域研究提供了重要的新啟示。該研究首次說明了作物能夠選擇與氣候或栽培條件相適應(yīng)的免疫策略，讓植物抗病能力與生長發(fā)育即環(huán)境適應(yīng)性達到最佳平衡。論文審稿人表示：“這是一項非常精彩的工作，數(shù)據(jù)詳實豐富、發(fā)現(xiàn)令人振奮。”

何祖華表示，接下來研究組將進一步挖掘ROD1的育種應(yīng)用價值。通過對3000多種不同水稻品種的基因序列分析，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，ROD1單個氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布。這說明，作物抗病性還受地域起源的選擇，因此該發(fā)現(xiàn)也豐富了作物馴化的理論基礎(chǔ)。

此外，研究團隊發(fā)現(xiàn)，ROD1的功能在禾谷類作物中相當保守。因此，他們提出，可以通過基因編輯或操縱這類新的感病基因，實現(xiàn)廣譜抗病的新策略。這對培育高產(chǎn)高抗的作物品種具有重要的指導(dǎo)意義和應(yīng)用潛力。

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