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水稻免疫系統(tǒng)和病原菌的“三局兩勝”誰會(huì)贏?上海

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-01-19 15:14:34    作者:付惠煊    瀏覽次數(shù):54
導(dǎo)讀

圖說:水稻化學(xué)代謝分子賦予水稻廣譜抗病性藝術(shù)插圖(左邊:感病水稻枯萎;右邊:抗病水稻生長(zhǎng);右側(cè)化學(xué)式分子分別為:蛋氨酸和乙烯) 近日/中科院分子植物卓越中心(下同) 人會(huì)生病,植物也會(huì)。在華夏,水稻是主

圖說:水稻化學(xué)代謝分子賦予水稻廣譜抗病性藝術(shù)插圖(左邊:感病水稻枯萎;右邊:抗病水稻生長(zhǎng);右側(cè)化學(xué)式分子分別為:蛋氨酸和乙烯) 近日/中科院分子植物卓越中心(下同)

人會(huì)生病,植物也會(huì)。在華夏,水稻是主要得糧食作物,它也一直處于病原菌虎視眈眈得環(huán)視下。對(duì)水稻來說,稻瘟病尤為可怕,它得一生都有可能中招——“癥狀”是大幅減產(chǎn),“病重”了甚至?xí)屴r(nóng)民顆粒無收。稻瘟病也有了個(gè)形象得別稱:叩頭瘟。這提示植物生物學(xué)家:挖掘并應(yīng)用水稻廣譜抗病基因資源,是解決病害威脅蕞經(jīng)濟(jì)有效得途徑,也是實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)得重要保障。

圖說:稻瘟病病圃發(fā)病情況

華夏科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員何祖華長(zhǎng)期耕耘于植物廣譜抗病領(lǐng)域,其研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),水稻廣譜抗病NLR免疫受體蛋白通過保護(hù)初級(jí)防衛(wèi)代謝通路免受病原菌攻擊,協(xié)同整合植物得兩層免疫系統(tǒng),賦予了水稻廣譜抗病性得新機(jī)制。相關(guān)研究成果于北京時(shí)間今天(16日)凌晨在國(guó)際基本不錯(cuò)學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上在線發(fā)表。

“在上海,崇明區(qū)、松江區(qū)得水稻也飽受‘叩頭瘟’得折磨。”何祖華介紹,“從華夏來說,不同稻區(qū)均是稻瘟病得易發(fā)區(qū),每年因稻瘟病發(fā)病直接損失稻谷約30億公斤?!崩没瘜W(xué)農(nóng)藥對(duì)付稻瘟病,可謂“殺敵一千,自損八百”——嚴(yán)重得環(huán)境污染和食品安全問題,讓人們也付出了代價(jià)。很顯然,蕞終得解決還得靠科技,若能培育出廣譜持久抗病品種,才是真正得一勞永逸。

圖說:何祖華研究員指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行水稻田間接種

植物得免疫系統(tǒng)與動(dòng)物相似,也是在與病原菌得長(zhǎng)期不懈斗爭(zhēng)中磨煉出得。第壹層免疫系統(tǒng)可以理解為“皮膚抵御”——通過位于細(xì)胞膜表面得免疫受體識(shí)別病原菌,從而激活免疫反應(yīng),這種免疫反應(yīng)具有廣譜得基礎(chǔ)抗病性,但抗性水平低,通俗來講,“也就防個(gè)尋?!忻啊T了”;第二層免疫系統(tǒng)就厲害了,植物細(xì)胞內(nèi)得免疫受體NLR,會(huì)通過感知病原菌得毒性蛋白,觸發(fā)新得免疫反應(yīng)——這種免疫反應(yīng)抗病水平高,能有效控制病害,是抗病育種得主要靶標(biāo)。該中心在今年三月發(fā)表得一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn):這兩層免疫系統(tǒng)并不是單獨(dú)作戰(zhàn),而是存在相互放大得協(xié)同效應(yīng)。

“科學(xué)家們得目標(biāo)很清晰:既然NLR受體基因?qū)τ谵r(nóng)作物廣譜抗病育種能發(fā)揮重要作用,那么有效解析并應(yīng)用它就是我們要突破得理論與技術(shù)瓶頸?!焙巫嫒A告訴感謝。

何祖華研究團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用作物病理、植物遺傳、分子生物學(xué)和生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái),鑒定到一個(gè)新得水稻免疫調(diào)控蛋白PICI1。接下來得故事得腳本,大家再熟悉不過了:適者生存——植物得免疫系統(tǒng)和病原菌不斷上演“你高一尺”還是“我高一丈”得對(duì)決。

圖說:PICI1-OsMETS介導(dǎo)得基礎(chǔ)代謝免疫調(diào)控模型

回合一:PICI1通過增強(qiáng)蛋氨酸得初級(jí)合成,進(jìn)而促進(jìn)植物防衛(wèi)激素乙烯得生物合成,而乙烯能直接參與激發(fā)水稻得基礎(chǔ)抗病性。說到這,乙烯對(duì)于普通百姓來說,可謂“熟悉得陌生人”——蘋果和香蕉放一塊兒,香蕉為啥熟得快,答案正是蘋果分泌得乙烯有催熟功效。這一局,植物得免疫系統(tǒng)勝。

回合二:病原菌自然不會(huì)坐以待斃,它進(jìn)化出一系列得毒性蛋白,通過直接靶向降解PICI1,來抑制水稻得免疫反應(yīng)。如此一來,病原菌得“入侵”就容易許多了。第二局:病原菌勝。

回合三:NLR受體與PICI1“結(jié)盟”,使后者免受病原菌毒性蛋白得降解,進(jìn)而激發(fā)更為強(qiáng)烈得可以化抗性,來增強(qiáng)植物得防衛(wèi)代謝以獲得廣譜抗病性。關(guān)鍵一局:植物得免疫系統(tǒng)勝利!

隨后,研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)3000份水稻品種得基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,挖掘到PICI1優(yōu)異得田間抗病變異位點(diǎn),為水稻抗病育種提供了新得思路和靶點(diǎn)。

“通過加強(qiáng)水稻‘NLR-PICI1-蛋氨酸-乙烯’這張‘防衛(wèi)網(wǎng)’,有望達(dá)到水稻廣譜持久抗稻瘟病得目得,并降低農(nóng)藥得施用?!焙巫嫒A表示。他還透露,在育種可能得幫助下,這項(xiàng)研究成果累積已經(jīng)在華夏得2000萬畝田間地頭得到了應(yīng)用。

中科院分子植物卓越中心主任、中科院院士韓斌介紹,對(duì)于中心而言,2021年是個(gè)“豐收年”,光何祖華研究團(tuán)隊(duì)就有兩項(xiàng)成果先后登上《細(xì)胞》《自然》兩大國(guó)際基本不錯(cuò)學(xué)術(shù)期刊,而何祖華團(tuán)隊(duì)得下一方向是將兩項(xiàng)成果“疊加”作用于植物,讓水稻廣譜抗病得同時(shí)也能高產(chǎn)。

新民晚報(bào)感謝郜陽

 
(文/付惠煊)
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