近日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心何祖華院士團隊與上海交通大學陳功友教授團隊、浙江大學鄧一文教授團隊合作在《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。中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心何祖華院士、上海交通大學陳功友教授和浙江大學鄧一文教授為論文的共同通訊作者，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心副研究員林輝、浙江大學已畢業(yè)博士生陳復旦、上海交通大學已畢業(yè)碩士生成官云、中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心已畢業(yè)博士生顏丙霄、華中農(nóng)業(yè)大學袁猛教授、上海師范大學邱杰研究員為論文的共同第一作者。

研究團隊通過大規(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。進一步篩選并功能鑒定了其對應的病原菌效應蛋白XopG。他們通過系統(tǒng)的遺傳、生化和細胞生物學研究表明，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。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。研究團隊進一步解析了Xa48基因在秈稻和粳稻中的差別馴化機制，發(fā)現(xiàn)Xa48-OsVOZ1模塊嚴重影響粳稻的產(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”的同時增強抗性“深度”。通過長期的遺傳育種選擇與植物病理學研究，建立了以XA21基礎抗病加XA48?；钥共楹诵牡拿庖哐芯科脚_，系統(tǒng)探索二者在作物免疫應答中的協(xié)同效應。作物的基礎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。如果植物缺失基礎抗病性就像人得艾滋病一樣。而?；共⌒允菍σ粋€病原菌的一些變種具有完全的強烈的抗病性，而對其他變體只有基礎抗性，由植物抗病基因和對應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。本團隊雜交聚合兩種抗性的水稻新品系，在經(jīng)歷臺風、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介導的免疫信號通路及Xa48-OsVOZ1免疫模塊的馴化規(guī)律