這是水稻與病原菌的一場(chǎng)“軍備競(jìng)賽”，也是一道重大科學(xué)難題。

稻瘟病，相當(dāng)于水稻的“癌癥”，會(huì)造成水稻減產(chǎn)甚至顆粒無(wú)收。我國(guó)水稻新品種的審定，如果沒有稻瘟病抗性，會(huì)采取“一票否決”。然而，由于稻瘟病菌的“狡猾多變”，有的水稻品種推廣3年后就喪失了抗病性，還有的導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)降低。

如何在這場(chǎng)“軍備競(jìng)賽”中勝出？尋找廣譜持久的抗稻瘟病基因成為關(guān)鍵。

2021年12月16日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了中國(guó)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)的研究成果，他們揭示了一個(gè)全新的水稻廣譜抗病性新機(jī)制。

【我國(guó)每年因稻瘟病直接損失稻谷約30億公斤】

早在1637年，宋應(yīng)星就在《天工開物》中將稻瘟病命名為“發(fā)炎火”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)每年因稻瘟病造成的損失高達(dá)水稻總產(chǎn)量的10%。我國(guó)不同稻區(qū)均是稻瘟病的易發(fā)區(qū)，每年因稻瘟病直接損失稻谷約30億公斤。

目前利用化學(xué)農(nóng)藥對(duì)田間病害進(jìn)行防治的方法，容易造成環(huán)境污染和食品安全問題。挖掘和培育廣譜持久的抗病品種是控制稻瘟病最經(jīng)濟(jì)、安全和有效的方法。

植物的免疫系統(tǒng)與動(dòng)物類似，是經(jīng)過(guò)與病原菌的長(zhǎng)期不懈斗爭(zhēng)所塑造的。植物通過(guò)位于細(xì)胞膜表面的免疫受體來(lái)識(shí)別病原菌，從而激活免疫反應(yīng)，這是“基礎(chǔ)抗病性免疫反應(yīng)”，但該免疫反應(yīng)抗性水平低，不足以作為抗病育種的靶標(biāo)。植物細(xì)胞內(nèi)的免疫受體，會(huì)通過(guò)感知病原菌的毒性蛋白，觸發(fā)新的免疫反應(yīng)，這被稱之為“?；钥剐悦庖叻磻?yīng)”，該免疫反應(yīng)抗病水平高，是抗病育種的主要靶標(biāo)，但由于病原菌有很多變種，該免疫反應(yīng)往往只對(duì)其中部分變種有抗性。

由此可見，水稻的受體基因?qū)τ诳共“l(fā)揮了重要作用，但這背后的機(jī)理人們一直不清楚。免疫受體在與病原菌的“軍備競(jìng)賽”中，如何增強(qiáng)植物的“自我防衛(wèi)”能力以獲得廣譜抗病性，一直是植物病理和農(nóng)作物育種領(lǐng)域的重大科學(xué)難題。

【已種植超2000萬(wàn)畝水稻，基本實(shí)現(xiàn)持久抗稻瘟病】

何祖華研究團(tuán)隊(duì)在水稻中鑒定到一個(gè)新的免疫調(diào)控蛋白PICI1，該蛋白會(huì)促進(jìn)植物“自我防衛(wèi)”激素乙烯的生物合成。

乙烯，是一種天然植物激素。一根香蕉成熟了，會(huì)釋放乙烯催熟其他香蕉?！翱茖W(xué)家已經(jīng)觀察到乙烯參與激發(fā)水稻的基礎(chǔ)抗病性，但不知其原因，此次的成果也包括了這一發(fā)現(xiàn)?！焙献髡?、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心文啟光研究員說(shuō)。

然而，在“軍備競(jìng)賽”中，病原菌會(huì)進(jìn)化出一系列的毒性蛋白，來(lái)直接降解PICI1，抑制水稻的免疫反應(yīng)，使得病原菌得以“大舉入侵”。

魔高一尺，道高一丈。研究人員發(fā)現(xiàn)，水稻的受體基因會(huì)“奮力反擊”，使得PICI1免受病原菌的降解，進(jìn)而生產(chǎn)出更多防衛(wèi)“裝備”，激發(fā)更為強(qiáng)烈的“?；钥剐悦庖叻磻?yīng)”，獲得廣譜抗病性。

“從2006年起，這一研究成果應(yīng)用于水稻抗病育種，已種植2000萬(wàn)畝以上水稻，基本實(shí)現(xiàn)了廣譜持久抗稻瘟病，并降低了農(nóng)藥的施用。”何祖華說(shuō)。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)3000份水稻品種的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，已挖掘到優(yōu)異的PICI1田間抗病變體，為水稻抗病育種提供了新的思路和靶點(diǎn)。

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