近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所作物病原生物功能基因組研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Science Bulletin上在線發(fā)表了題為Pyramiding basal immunity and effector-triggered immunity to achieve broad-spectrum disease resistance in rice的研究論文。該研究創(chuàng)新性地將植物基礎(chǔ)免疫關(guān)鍵基因和抗病基因進(jìn)行聚合，培育出廣譜抗病水稻新材料，為作物抗病分子育種開辟了新路徑。

植物基礎(chǔ)免疫反應(yīng)表現(xiàn)對(duì)多種病原菌的廣譜抗性，但強(qiáng)度相對(duì)較弱；抗病基因（R）介導(dǎo)的特異性免疫反應(yīng)賦予完全抗性，但僅對(duì)特定病原小種有效。多種植物中過表達(dá)基礎(chǔ)免疫核心正調(diào)控因子NPR1均能實(shí)現(xiàn)廣譜抗性，但伴隨植株生長(zhǎng)抑制和產(chǎn)量下降，限制了其在育種中的應(yīng)用。水稻抗稻瘟病基因Piz-t對(duì)包含AvrPiz-t的稻瘟菌小種表現(xiàn)完全抗性，但不能識(shí)別稻瘟菌其它小種或其它病原菌。

研究發(fā)現(xiàn)Piz-t與OsNPR1相互作用，敲除OsNPR1會(huì)削弱基礎(chǔ)免疫，但并未破壞Piz-t介導(dǎo)的抗性。將OsNPR1過表達(dá)水稻與攜帶Piz-t的水稻進(jìn)行雜交聚合，獲得新水稻材料（Piz-t×OsNPR1OE）。新材料不僅保持了Piz-t對(duì)非親和稻瘟菌小種的抗性，還顯著增強(qiáng)了對(duì)親和稻瘟菌小種和細(xì)菌性白葉枯菌（Xoo）的抗病能力。有趣的是，Piz-t能夠促進(jìn)OsNPR1的二聚化，導(dǎo)致新材料部分緩解了OsNPR1過表達(dá)引起的植株生長(zhǎng)缺陷。研究鑒定OsNPR1二聚化的位點(diǎn)，并證實(shí)OsNPR1二聚化是平衡抗病性與生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵。從而解析Piz-t通過促進(jìn)OsNPR1二聚化擴(kuò)展抗病性的分子機(jī)制?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)在育種材料07GY31-Piz-t背景中過表達(dá)OsNPR1，創(chuàng)制出兼具廣譜抗病性且不影響生長(zhǎng)的水稻新種質(zhì)。該成果不僅為NPR1基因在抗病育種中的應(yīng)用提供了新策略，也為基礎(chǔ)免疫基因和抗病基因聚合實(shí)現(xiàn)抗性改良提供了范例。

圖1聚合R基因Piz-t和基礎(chǔ)免疫關(guān)鍵基因OsNPR1提高水稻廣譜抗性

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所和深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士后何峰為文章第一作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所寧約瑟研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后基金等項(xiàng)目的資助。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325013210