揭示水稻平衡高产与抗病的“智慧”，中科院研究荣登《细胞》
▎药明康德内容团队编辑
水稻为全世界近一半人口提供了主要的粮食，而不断选育产量高、品质好又能抵抗各种病虫害的优良水稻是作物育种学家和病理学家长期努力的目标，为人类粮食安全提供保障。
然而，要实现高产与抗病的两全，需要克服一道难题：植物在抵抗疾病时，持续被激活的免疫反应常会影响它们的生长和产量。
经过15年科研攻关，中科院分子植物科学卓越创新中心的何祖华研究员带领合作团队近期在植物免疫抑制与广谱抗病机理方面取得了重要发现，研究成果荣登顶尖学术期刊《细胞》。
研究人员发现，他们在水稻中筛选到的一个基因，能够精细调控免疫反应，有利于水稻在抵抗多种病害和生长发育之间取得平衡，这一发现对培育稳产高抗的作物品种具有重要的参考价值。
研究团队起初对水稻资源库和育种群体进行了大规模筛选，发现有一个基因变异使水稻对三大病害——纹枯病、稻瘟病和白叶枯病——都有高度抗病特性，表明这个基因调控了独特的免疫反应，显示出抗病育种的应用潜力。于是，研究人员将这一基因命名为水稻抗病性1基因（resistance of rice to diseases 1，简称为rod1）。
▲研究团队发现了对多种水稻常见病害有抗性的隐形遗传稳定材料rod1（图片来源：参考资料[1]）
测序分析发现，rod1在禾谷类作物中广泛存在，是一种保守的宿主易感基因，在病原体感染的常见部位（比如叶片）大量表达。
接下来，研究人员通过一系列分子和生化实验揭示，rod1编码的蛋白ROD1是一种钙离子感受器，通过识别钙离子信号，在协调免疫稳态中发挥核心作用。具体来说，在没有病原菌侵染时，ROD1可以抑制免疫应答，促进水稻发育生长；而当发生病原菌侵染，泛素系统精确靶向ROD1将其降解，则保证了有效的防卫反应。
▲以ROD1为核心调控水稻免疫反应的示意图（图片来源：参考资料[1]）
在这项研究中，科学家们还揭示，稻瘟病菌分泌的一种蛋白具有与ROD1类似的结构，并且可以模拟ROD1与其信号通路上的其他蛋白相互作用，实现侵染。可见这种病原菌也“发现”，通过操纵ROD1可以达到调控植物免疫应答的目的。
鉴于ROD1在免疫调节中的关键作用，研究团队对大量水稻栽培品种和农家种的基因组序列进行了分析。这让他们发现，ROD1编码序列中存在一个单核苷酸多态性（SNP）变异位点，导致一个关键的氨基酸发生改变，从而让水稻的抗病性发生差别。
而这两个变异的分布还与不同品种水稻的地理分布有关。其中，使水稻田间抗病能力更强的变异类型主要存在于籼稻中，而它们多生长在高温高湿、水稻病害易于流行的低纬度地区；而另一个变异类型则主要存在于粳稻和野生稻中，它们多分布于高纬度地区。这些结果表明，植物会选择与气候条件相适应的免疫策略，以达到抗病与生长发育适应性的最佳平衡。
题图来源：123RF
参考资料：
[1] Mingjun Gao et al., (2021) Ca2+ sensor-mediated ROS scavenging suppresses rice immunity and is exploited by a fungal effector. Cell Doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.09.009
[2] 何祖华研究团队在植物免疫抑制与广谱抗病机理上取得重大发现 Retrieved Oct. 12, 2021 from http://www.cemps.cas.cn/tpxw/202109/t20210930_6218660.html
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