副研究員發(fā)表《Nature》

近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華院士團(tuán)隊與上海交通大學(xué)陳功友教授團(tuán)隊、浙江大學(xué)鄧一文教授團(tuán)隊合作在《自然》（Nature）期刊上發(fā)表題為“Asymmetric selection of a rice immune module and rebuild of disease resistance”的研究成果。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華院士、上海交通大學(xué)陳功友教授和浙江大學(xué)鄧一文教授為論文的共同通訊作者，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心副研究員林輝、浙江大學(xué)已畢業(yè)博士生陳復(fù)旦、上海交通大學(xué)已畢業(yè)碩士生成官云、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心已畢業(yè)博士生顏丙霄、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)袁猛教授、上海師范大學(xué)邱杰研究員為論文的共同第一作者。

研究團(tuán)隊通過大規(guī)模篩選幾千份水稻資源，利用能“攻破”國際上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到一個新的白葉枯病抗病基因Xa48，發(fā)現(xiàn)其編碼一個免疫受體蛋白。相較于Xa21主要針對東南亞病原菌變種，Xa48主要針對東北亞變種。進(jìn)一步篩選并功能鑒定了其對應(yīng)的病原菌效應(yīng)蛋白XopG。他們通過系統(tǒng)的遺傳、生化和細(xì)胞生物學(xué)研究表明，XA48識別XopG后，降解下游免疫抑制蛋白OsVOZ1/2，從而激活免疫反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)為培育高抗高產(chǎn)水稻新品種提供了重要理論支撐。研究團(tuán)隊進(jìn)一步解析了Xa48基因在秈稻和粳稻中的差別馴化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Xa48-OsVOZ1模塊嚴(yán)重影響粳稻的產(chǎn)量，從而幾千年的馴化歷程已經(jīng)把Xa48基因從粳稻基因組中剔除了，只存在于秈稻資源中。

考慮到秈稻傳統(tǒng)上種植于白葉枯病頻發(fā)的東南亞地區(qū)（長江以南），而粳稻歷史上種植于水患較少的長江以北地區(qū)。隨著農(nóng)業(yè)人工灌溉體系開始建立，我國尤其是長江以北地區(qū)白葉枯病的發(fā)生逐漸減少，因此由于病原菌選擇壓力，Xa48只保留在部分南方秈稻品種中。本成果也說明，自從大禹治水以來，中國農(nóng)業(yè)水利灌溉體系的逐步建立間接影響了秈稻和粳稻的抗病性。

研究團(tuán)隊構(gòu)建了水稻針對白葉枯病害的抗性綜合平臺，在拓展抗病“寬度”的同時增強(qiáng)抗性“深度”。通過長期的遺傳育種選擇與植物病理學(xué)研究，建立了以XA21基礎(chǔ)抗病加XA48專化性抗病為核心的免疫研究平臺，系統(tǒng)探索二者在作物免疫應(yīng)答中的協(xié)同效應(yīng)。作物的基礎(chǔ)抗病性是對一個病原菌所有變種都有一定的抗病性，是每個植物都有的，就像人感冒都會打噴嚏一樣。如果植物缺失基礎(chǔ)抗病性就像人得艾滋病一樣。而專化抗病性是對一個病原菌的一些變種具有完全的強(qiáng)烈的抗病性，而對其他變體只有基礎(chǔ)抗性，由植物抗病基因和對應(yīng)的病原菌毒性蛋白決定，就像人用疫苗可以對一些菌產(chǎn)生免疫，作物育種家基本都用這類專化性抗病基因。本團(tuán)隊雜交聚合兩種抗性的水稻新品系，在經(jīng)歷臺風(fēng)、洪水等極端脅迫后，仍能在不同稻區(qū)保持穩(wěn)定抗性，且不影響產(chǎn)量等重要農(nóng)藝性狀。首次在作物上證明兩個免疫網(wǎng)絡(luò)的疊加可以重構(gòu)野生稻的廣譜抗病性，為破解作物病害綠色防控難題提供了新思路。

XA48介導(dǎo)的免疫信號通路及Xa48-OsVOZ1免疫模塊的馴化規(guī)律