侯樹文 科技日?qǐng)?bào)記者 王春

在與病原菌長期的斗爭中，植物進(jìn)化出了基礎(chǔ)抗病性免疫反應(yīng)（PTI）和專業(yè)化性抗病性免疫反應(yīng)（ETI）兩層免疫系統(tǒng)作為防衛(wèi)武器。這兩種武器各有優(yōu)劣，PTI具有廣譜性，但是殺傷力弱；ETI雖然戰(zhàn)斗力強(qiáng)，但是殺傷范圍比PTI小。植物在與病原菌的長期戰(zhàn)斗中，使PTI和ETI相互促進(jìn)，共同組成植物對(duì)陣病原菌的防衛(wèi)工事。

12月16日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團(tuán)隊(duì)完成的題為“NLR免疫受體植物防衛(wèi)代謝并協(xié)同免疫反應(yīng)”的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎(chǔ)免疫代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，水稻廣譜抗病NLR免疫受體蛋白通過保護(hù)初級(jí)防衛(wèi)代謝通路免受病原菌攻擊，協(xié)同整合PTI和ETI兩層免疫系統(tǒng)，賦予水稻廣譜抗病性的新機(jī)制。

稻瘟病是水稻的“癌癥”，它會(huì)造成水稻的減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。我國每年因稻瘟病發(fā)病直接損失稻谷約30億公斤。目前利用化學(xué)農(nóng)藥對(duì)田間病害進(jìn)行防治的方法，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和食品安全問題。因此，挖掘和培育新的廣譜持久抗病品種是控制稻瘟病最為經(jīng)濟(jì)、安全和有效的方法。

乙烯是水稻自身產(chǎn)生抗稻瘟病的防衛(wèi)激素，持續(xù)不斷的乙烯供應(yīng)是水稻取得全面勝利的必要條件。何祖華團(tuán)隊(duì)在研究中重點(diǎn)尋找共同參與調(diào)控PTI和ETI的基因位點(diǎn)，最后發(fā)現(xiàn)了能夠加速乙烯生產(chǎn)供應(yīng)的化學(xué)裝備——一種新的水稻免疫調(diào)控蛋白PICI1。

PICI1與乙烯之間到底有著怎樣的生產(chǎn)關(guān)系呢？據(jù)何祖華介紹，PICI1既作用于PTI，也作用于其他免疫受體。同時(shí)他們首次鑒定PICI1具有去泛素化的生化功能，意味著其能夠增強(qiáng)底物蛋氨酸甲硫氨酸合成酶OsMETＳ的蛋白穩(wěn)定性。而乙烯前體就是蛋氨酸。

PICI1通過增強(qiáng)蛋氨酸合成酶的蛋白穩(wěn)定性，強(qiáng)化蛋氨酸的合成，促進(jìn)防衛(wèi)激素乙烯的生物合成，從而調(diào)控PTI。也就是說，擁有了PICI1，水稻就擁有了持久供應(yīng)水稻防衛(wèi)激素——乙烯的兵工廠或生產(chǎn)線。

但道高一尺魔高一丈，病原菌能夠通過分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的PTI，使之有利于病原菌的入侵。

那么植物“軍團(tuán)”就拿病原菌沒有辦法了嗎？植物細(xì)胞內(nèi)的免疫受體NLR可以感知病原菌的毒性蛋白，觸發(fā)新的免疫反應(yīng)，即ETI。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，NLR受體可以通過抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護(hù)和加強(qiáng)PICI1的功能，進(jìn)而激活更多防衛(wèi)化學(xué)物質(zhì)（蛋氨酸-乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。

“PICI1相當(dāng)于一個(gè)戰(zhàn)略要地，病原菌毒性蛋白的目的是要降解PICI1，水稻自身的抗病蛋白NLR則是來保護(hù)它，只要有對(duì)應(yīng)的NLR就可以干擾病原菌毒性蛋白降解PICI1，這就揭示了病原菌毒性蛋白和水稻抗病蛋白之間競爭性互作?！焙巫嫒A說。

也就是說，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了水稻將PTI和ETI相結(jié)合，產(chǎn)生廣譜持久抗瘟的生化反應(yīng)生產(chǎn)線，即NLR-PICI1-OsMETＳ調(diào)控蛋氨酸-乙烯。由此得出，PICI1-NLR是水稻廣譜抗瘟的育種靶標(biāo)。通過加強(qiáng)水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學(xué)防衛(wèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，有望達(dá)到水稻廣譜持久抗稻瘟病的目的，并降低農(nóng)藥的施用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供新的策略。

PICI1-OsMETS介導(dǎo)的基礎(chǔ)代謝免疫調(diào)控模型。主辦方供圖

關(guān)鍵詞： 兵工廠 水稻 藏在