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水稻是我國最重要的糧食作物之一。但近年來，水稻病蟲害發(fā)生情況嚴(yán)重，病蟲害種類多、發(fā)生范圍廣，呈現(xiàn)多發(fā)、頻發(fā)、老病新發(fā)態(tài)勢(shì)，對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，為了有效控制水稻病害，保障我國糧食高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，作物育種學(xué)家和病理學(xué)家長期致力于選育廣譜持久的水稻抗病品種，但高抗的水稻品種往往生長發(fā)育受到限制，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，即以犧牲生長發(fā)育為代價(jià)換取抗病性以實(shí)現(xiàn)最終的生存。

那么，如何在水稻抗病的同時(shí)不影響其產(chǎn)量性狀，維持好植物抗病與生長發(fā)育的平衡？此外，面對(duì)病原菌的不斷進(jìn)化，如何讓植物的免疫屏障有效抵御不同病原菌的反復(fù)進(jìn)攻？

針對(duì)這些問題，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(tuán)隊(duì)經(jīng)過15年不懈追蹤，終于獲得了答案。

9月30日晚23時(shí)，何祖華研究團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》在線發(fā)表論文。這是該研究團(tuán)隊(duì)繼2017年在《科學(xué)》發(fā)表水稻廣譜抗病新機(jī)制后的又一重大進(jìn)展。這項(xiàng)研究揭示了水稻鈣離子新感受子ROD1精細(xì)調(diào)控水稻免疫，降低水稻因廣譜抗病而引發(fā)的生存代價(jià)，平衡水稻抗病性與生殖生長和產(chǎn)量性狀的分子機(jī)制。

研究人員發(fā)現(xiàn)ROD1作為一個(gè)新的植物免疫抑制中樞，通過降解具有免疫活性的超氧分子（ROS），從而抑制植物的防衛(wèi)反應(yīng)。因此，在沒有病原菌侵染時(shí)，植物的基礎(chǔ)免疫維持在較低水平，有利于水稻生殖生長，進(jìn)而提高產(chǎn)量。但當(dāng)病原菌侵染時(shí)，植物進(jìn)化出了聰明的免疫激發(fā)新途徑：通過降解ROD1減弱其功能，從而保證植物在抵御病原菌時(shí)能產(chǎn)生有效的防衛(wèi)反應(yīng)，不至于迅速發(fā)病枯死，并能繁殖后代。

另一方面，病原菌和植物長期處于“軍備競(jìng)賽”的協(xié)同進(jìn)化過程中。研究發(fā)現(xiàn)水稻稻瘟病菌會(huì)進(jìn)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(shí)現(xiàn)侵染的目的。由于植物無法逃避病原菌的侵染，因此進(jìn)化出了與病原菌共同生存的策略：通過適當(dāng)減弱植物的抗病能力，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(duì)平衡的水平。這就是植物聰明的生存之道。

“以往相關(guān)研究聚焦在鈣離子信號(hào)如何激活植物免疫的問題，但這項(xiàng)成果揭示了一條以鈣離子受體ROD1為核心的免疫抑制新通路，以及植物與病原菌利用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)模擬介導(dǎo)的協(xié)同進(jìn)化機(jī)制，為植物免疫領(lǐng)域研究提供重要的新啟示。“何祖華告訴《中國科學(xué)報(bào)》，該研究首次說明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(dá)到最佳平衡。該研究組進(jìn)一步挖掘ROD1的育種應(yīng)用價(jià)值，通過對(duì)3000多種不同水稻品種的基因序列分析，發(fā)現(xiàn)ROD1單個(gè)氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布，說明作物抗病性受地域起源的選擇，豐富了作物馴化的理論基礎(chǔ)。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)ROD1的功能在禾谷類作物中是保守的，從而提出了可以通過編輯或操縱這類新的感病基因?qū)崿F(xiàn)廣譜抗病的新策略，對(duì)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。

由于種植制度的改變和氣候變化，各種農(nóng)作物病原菌在全國范圍內(nèi)蔓延，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失，嚴(yán)重威脅糧食安全。這項(xiàng)研究不僅拓寬了人們對(duì)于作物抗病性基礎(chǔ)理論的認(rèn)知，也為設(shè)計(jì)新的抗病基因、開發(fā)高產(chǎn)抗病作物品種提供了新的研發(fā)思路，對(duì)促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展、提升國際前沿研究水平具有重要意義。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.09.009

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