AI視頻丨水稻“高產又抗病”的關鍵基因被找到

▲視頻中部分內容由AI生成（來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心）

氣候變暖、臺風頻發，加上水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異快，水稻白葉枯病已經蔓延到主要稻區，影響水稻高產穩產。挖掘抗病基因、改良育種，對保障糧食安全具有重要意義。

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心等克隆出白葉枯病廣譜抗病基因Xa48，首次闡明廣譜持久抗白葉枯病NLR免疫受體與病原菌分泌的毒性蛋白激發免疫的新模型，揭示XA48在作物馴化中協調生長與免疫的分子基礎。

研究還證實，疊加基礎抗性與病菌小種專化性抗病網絡，可以重構野生稻廣譜抗性并維持高產性狀。

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解鎖水稻抗病分化

作物在被人類馴化的過程中，抗病能力會根據環境被選擇性保留，以在產量和抗病之間找到平衡。但人們至今還沒完全弄清楚，這些抗病性狀具體是怎樣被人工差異化選擇出來的。

已克隆的水稻抗白葉枯病抗病基因Xa，多源自野生稻或感病基因突變，說明馴化中抗性或發生功能丟失，此外秈稻和粳稻田間抗病性差異顯著且存在生殖隔離。因此，厘清水稻馴化及亞種形成過程中抗病基因的選擇模式，對水稻高產抗病育種至關重要。

團隊篩選大量水稻資源，利用能“攻破”首個克隆的白葉枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在秈稻品種雙科早中鑒定出新的白葉枯病抗病基因Xa48，并發現其編碼一個免疫受體蛋白。Xa21主要抵御東南亞病原菌變種，而Xa48針對東北亞變種。

團隊還鑒定出對應的病原菌效應蛋白（XopG），發現抗病蛋白識別病原菌效應蛋白后，會降解下游免疫抑制蛋白，從而激活免疫反應。

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外因導致分化

團隊進一步解析了抗病基因在秈稻和粳稻中的差別馴化機制，發現Xa48-OsVOZ1模塊顯著影響粳稻產量。歷經千年馴化，這一抗病基因早已從粳稻基因組中消失，僅保留在秈稻資源里。

▲XA48介導的免疫信號通路及 Xa48-OsVOZ1 免疫模塊的馴化規律

究其緣由，秈稻多種植于長江以南白葉枯病高發區，粳稻則分布在長江以北水患較少區域。

隨著我國農業灌溉體系完善，長江以北水稻白葉枯病顯著減少，而東南亞受臺風、洪水影響，病原菌壓力大，抗病基因僅留存于部分南方秈稻里。

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助力良種培育

研究團隊構建了水稻白葉枯病抗性綜合研究平臺，依托長期遺傳育種選擇與植物病理學研究，建立了基礎抗病加專化性抗病協同的免疫研究體系，解析了二者在作物免疫應答中的作用機制。

雜交聚合兩種抗性的水稻新品系，在經歷臺風、洪水等極端脅迫后，仍能在不同稻區保持穩定抗性，且不影響產量等重要農藝性狀。這在作物層面首次證實，兩個免疫網絡疊加，可以重構野生稻的廣譜抗病性，為作物病害綠色防控提供了新思路。

這一成果為植物保護和生物育種研究提供了重要理論支撐。同時，相關成果已落地到多家育種單位。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10361-6

來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心

責任編輯：侯茜