副研究员发表《Nature》|Nature|植物|病原菌|白叶|研究员|籼稻|粳稻

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队与上海交通大学陈功友教授团队、浙江大学邓一文教授团队合作在《自然》（Nature）期刊上发表题为“Asymmetric selection of a rice immune module and rebuild of disease resistance”的研究成果。中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士、上海交通大学陈功友教授和浙江大学邓一文教授为论文的共同通讯作者，中国科学院分子植物科学卓越创新中心副研究员林辉、浙江大学已毕业博士生陈复旦、上海交通大学已毕业硕士生成官云、中国科学院分子植物科学卓越创新中心已毕业博士生颜丙霄、华中农业大学袁猛教授、上海师范大学邱杰研究员为论文的共同第一作者。

研究团队通过大规模筛选几千份水稻资源，利用能“攻破”国际上首个克隆的白叶枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在籼稻品种双科早中鉴定到一个新的白叶枯病抗病基因Xa48，发现其编码一个免疫受体蛋白。相较于Xa21主要针对东南亚病原菌变种，Xa48主要针对东北亚变种。进一步筛选并功能鉴定了其对应的病原菌效应蛋白XopG。他们通过系统的遗传、生化和细胞生物学研究表明，XA48识别XopG后，降解下游免疫抑制蛋白OsVOZ1/2，从而激活免疫反应。这一发现为培育高抗高产水稻新品种提供了重要理论支撑。研究团队进一步解析了Xa48基因在籼稻和粳稻中的差别驯化机制，发现Xa48-OsVOZ1模块严重影响粳稻的产量，从而几千年的驯化历程已经把Xa48基因从粳稻基因组中剔除了，只存在于籼稻资源中。

考虑到籼稻传统上种植于白叶枯病频发的东南亚地区（长江以南），而粳稻历史上种植于水患较少的长江以北地区。随着农业人工灌溉体系开始建立，我国尤其是长江以北地区白叶枯病的发生逐渐减少，因此由于病原菌选择压力，Xa48只保留在部分南方籼稻品种中。本成果也说明，自从大禹治水以来，中国农业水利灌溉体系的逐步建立间接影响了籼稻和粳稻的抗病性。

研究团队构建了水稻针对白叶枯病害的抗性综合平台，在拓展抗病“宽度”的同时增强抗性“深度”。通过长期的遗传育种选择与植物病理学研究，建立了以XA21基础抗病加XA48专化性抗病为核心的免疫研究平台，系统探索二者在作物免疫应答中的协同效应。作物的基础抗病性是对一个病原菌所有变种都有一定的抗病性，是每个植物都有的，就像人感冒都会打喷嚏一样。如果植物缺失基础抗病性就像人得艾滋病一样。而专化抗病性是对一个病原菌的一些变种具有完全的强烈的抗病性，而对其他变体只有基础抗性，由植物抗病基因和对应的病原菌毒性蛋白决定，就像人用疫苗可以对一些菌产生免疫，作物育种家基本都用这类专化性抗病基因。本团队杂交聚合两种抗性的水稻新品系，在经历台风、洪水等极端胁迫后，仍能在不同稻区保持稳定抗性，且不影响产量等重要农艺性状。首次在作物上证明两个免疫网络的叠加可以重构野生稻的广谱抗病性，为破解作物病害绿色防控难题提供了新思路。