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水稻是口粮作物，其高产稳产是我国和世界粮食安全的重要保障。稻瘟病是水稻安全生产的重要病害，可造成水稻产量损失达10%-30%。因此，高效防控稻瘟病是国内外许多科学研究关注重点的内容，尤其发掘水稻中可同时提高水稻产量和抗瘟性的重要基因对于保障国家粮食安全具有重要意义。

内质网相关的蛋白质降解 (ERAD) 包含位于内质网膜的泛素结合酶等组分，通过促进错误折叠或正常蛋白质的泛素化修饰和降解，在植物的生长发育和非生物逆境响应中发挥重要作用，但其在植物抗病性的作用尚未被报道。

近日，中国农业大学植物保护学院彭友良/陈倩团队与中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗团队合作在Nature Food上发表了题为An ERAD-related ubiquitin-conjugating enzyme boosts broad-spectrum disease resistance and yield in rice的研究论文，发现了ERAD相关泛素结合酶OsUBC45同时调控水稻的产量和广谱抗病性，并揭示了其作用机理。Nature Food同期刊发了题为Overexpressing a ubiquitin-conjugating enzyme improves rice yield and disease resistance的的Research briefing，对该研究进行了介绍和点评。

研究人员通过基因编辑构建了osubc45的敲除体，发现该基因敲除体产生矮杆、穗粒数减少和粒重降低等表型，最终产量减少50%以上，并显著减弱了对稻瘟病的抗性。同时，过表达OsUBC45的水稻产量提高10%-15%，并显著增强了对稻瘟病和白叶枯病的抗性（图1）。

图1 OsUBC45过表达增强水稻产量和广谱抗病性

进一步生化研究表明，OsUBC45分别通过促进水稻产量负调控因子OsGSK3和抗病负调控因子OsPIP2;1的降解，从而调控水稻的产量和抗病性（图2a-e）。稻瘟菌侵染时，水通道蛋白OsPIP2;1介导了过氧化氢从细胞质向胞间的运输。ospip2;1突变体中，过氧化氢外排减少，胞内过氧化氢含量升高，限制了菌丝在胞内的扩展（图2f）。OsUBC45过表达植株中过氧化氢的分布与ospip2;1突变体中类似。该研究。

图2 OsUBC45分别通过促进OsGSK3和OsPIP2;1的降解参与产量和抗性调控

中国农业大学植物保护学院博士研究生王羽为论文第一作者，中国农业大学植物保护学院陈倩副教授、彭友良教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员为该论文共同通讯作者。中国农业大学植物保护学院赵文生教授、杨俊教授、Vijai Bhadauria教授，中国农科院植保所宁约瑟研究员，北大现代农学院张华伟研究员，山东大学刘利静教授参与了其中部分工作。该研究得到了国家自然基金委重大项目等的资助。

论文全文链接：

https://rdcu.be/djLSk

Research briefing全文链接：

https://rdcu.be/djQx7

专家点评

康振生院士（西北农林科技大学）

我国在提高水稻产量和抗病性关键基因鉴定上又取得重大研究进展

水稻是重要的口粮作物，养活世界一半以上的人口，其高产稳产对我国和世界粮食安全至关重要。稻瘟病是一种水稻真菌病害，严重威胁水稻的安全生产，可造成水稻产量损失约10%-30%。利用抗病品种是稻瘟病防控最经济有效的手段，国内外许多科学家致力于抗瘟品种的培育。因此，发掘能同时提高水稻抗病性和产量的基因对于水稻抗病育种具有重要意义。

中国农业大学植物保护学院彭友良团队长期致力于稻瘟病绿色防控技术体系的构建和水稻抗病基因的挖掘研究。近日，该团队报道水稻OsUBC45是一个可同时提高水稻产量和广谱抗病性的重要基因资源。研究人员通过分子生物学实验证明OsUBC45编码一个内质网定位的泛素结合酶，并构建了该基因的过表达水稻植株和敲除体。研究显示: OsUBC45过表达水稻产量提高了10%-15%，并显著增强了对稻瘟病和白叶枯病的抗性；该基因的敲除体产生株高变矮、穗粒数减少和粒重降低等表型，最终产量减少50%以上，并显著减弱了对稻瘟病的抗性。进一步，该团队证明，OsUBC45直接与水稻产量的负调控因子OsGSK3和抗病的负调控因子OsPIP2;1互作，并介导OsGSK3和OsPIP2;1的泛素化降解，从而调控水稻的产量和抗病性。

相关成果于近期发表于国际权威学术期刊Nature Food杂志。该研究挖掘到一个同时提高产量和抗性的重要基因资源，并揭示了其作用机理，为提高水稻产量和抗病性提供了新的思路，并加深了对作物产量和抗性调控机制的理解，是我国在水稻产量和抗病性状关键调控基因发掘上取得的又一个重大研究进展。