秈稻與粳稻“防御武器”不一樣？中國科學家二十年找到水稻“免疫開關”

臺風過境，洪水肆虐，稻田里一片倒伏的黃葉——這并非“眼見”的自然災害那么簡單，而是近年來我國南方稻區日益嚴峻的現實。罪魁禍首，是一種古老而頑固的細菌病害——白葉枯病。

近二十年來，受全球變暖影響，臺風活動頻繁，加之水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異加快，白葉枯病從過去的區域性檢疫病害，迅速蔓延為全國稻區的重要威脅。它像一場無聲的“疫病”，侵蝕著我國糧食安全的根基。

臺風降雨導致白葉枯病爆發

北京時間4月8日深夜，國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）在線發表了一項中國科學家的重要成果。由中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華院士團隊領銜，聯合上海交通大學、浙江大學等單位，歷經二十年攻關，成功克隆出一個全新的水稻抗白葉枯病基因——Xa48，并首次揭示了水稻在馴化過程中如何“取舍”抗病性與產量的秘密。

從幾千份水稻中篩出一個“衛士”

故事得從一道難題講起。白葉枯病的病原菌——黃單胞菌，是一個善于偽裝的“入侵者”，不斷變異，突破水稻的免疫防線。國際上第一個克隆的白葉枯病抗病基因Xa21，曾為“抵抗入侵”立下汗馬功勞，但多年來已被毒性菌株“攻破”。

研究團隊沒有放棄。他們從幾千份水稻資源中，利用能“攻克”Xa21的強毒性菌株，逐一篩選、比對，終于在秈稻品種“雙科早”中，找到了一個全新的抗病基因——Xa48。

Xa48介導的免疫信號通路及Xa48-OsVOZ1免疫模塊的馴化規律

該基因編碼一個免疫受體蛋白，像一名稱職的“哨兵”，能識別病原菌分泌的毒性蛋白XopG，并迅速啟動免疫反應。更妙的是，Xa48與Xa21分工明確：Xa21主要防御東南亞病原菌變種，而Xa48則專攻東北亞變種，兩者互為補充，形成一道更堅固的防線。

一段穿越千年的馴化故事

在這項研究中，最富戲劇性的發現，來自進化。

“Xa48基因只存在于秈稻中，而在粳稻中幾乎消失。”論文共同第一作者、中國科學院分子植物科學卓越創新中心副研究員林輝說。

林輝副研究員

原來，秈稻傳統種植于長江以南，氣候濕熱，白葉枯病頻發；而粳稻歷史上種植于長江以北，水患較少，病害壓力小。隨著古代農業灌溉體系逐步建立，北方稻區的良好的人工灌溉系統反而減少了病菌傳播，粳稻對Xa48的依賴也隨之下降。

更關鍵的是，研究團隊發現，Xa48能抗病的關鍵是抑制一種蛋白，這個蛋白恰好與水稻產量相關。換句話說，粳稻中保留Xa48，抗病但減產；舍棄Xa48，高產但易感病。

“在數千年的馴化過程中，粳稻選擇了‘高產’，而秈稻在病害壓力下保留了‘抗病’，并能保持高產。”林輝解釋。

重構野生稻的廣譜抗病性

有了基因，如何應用？研究團隊做了一個大膽的嘗試：將基礎抗病基因Xa21與專化抗病基因Xa48聚合在一起。

打個比方，基礎抗病像人體打噴嚏，對一切病原菌都有一定防御；專化抗病像疫苗，只對特定菌株產生強烈免疫。兩者疊加，就像給水稻裝上了“廣譜雷達”和“精確制導”。結果也令人振奮——聚合了兩種抗病機制的水稻新品系，在經歷臺風、洪水等極端脅迫后，依然在不同稻區保持穩定抗性，且產量不受影響。

何祖華院士

“這是首次在作物中證明，基礎免疫與專化免疫網絡的疊加，可以重構野生稻那樣的廣譜抗病性，為作物抗病育種開辟了全新范式。”何祖華指出。

基礎研究走向育種應用

當然，這項登上國際頂刊的成果不可能一蹴而就，甚至，它比人們常說的“十年磨一劍”更持久——何祖華團隊從二十年前開始布局，歷經三代研究生的接力攻關。從上海基地到海南南繁基地，從基因克隆、機制解析到育種應用，每一步都凝結著汗水與堅持。

何祖華院士（左二）與林輝（左一）等團隊成員在田間觀察水稻表型，為抗病品種培育獲取關鍵數據

目前，Xa48基因已被隆平高科、荃銀高科、中國水稻研究所、中國農業科學院等多家單位應用于抗病新品種培育，實現了從基礎研究到育種應用的有效轉化。

新民晚報記者注意到，這也是何祖華團隊自2017年在《科學》雜志發表稻瘟病廣譜抗病基因Pigm以來的又一重大突破。兩篇頂刊，兩種病害，一個目標：把種質牢牢攥在自己手里。

白葉枯病還在變異，臺風還會再來，但有了Xa48，有了科研團隊“農業科研，必須從田間到實驗室，再回到田間”的信念，將來的每一畝稻田，都將更加堅韌；每一碗米飯，都將更加安穩。

原標題：《秈稻與粳稻“防御武器”不一樣？中國科學家二十年找到水稻“免疫開關”》

欄目編輯：馬丹

來源：作者：新民晚報 郜陽