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15年不懈追踪,中国科学家在植物免疫抑制与广谱抗病机

发布日期:2021-10-07 20:53   来源:未知   阅读:

    北京时间9月30日晚,中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队在国际顶尖学术期刊《细胞》(Cell)在线发表论文,揭示了水稻钙离子新感受子ROD1精细调控水稻免疫,降低水稻因广谱抗病而引发的生存代价,平衡水稻抗病性与生殖生长和产量性状的分子机制。这是该研究团队继2017年在《科学》(Science)发表水稻广谱抗病新机制后的又一重大进展,也是15年不懈追踪的结果。

    为了有效控制水稻病害,保障我国粮食高产稳产,作物育种学家和病理学家长期致力于选育广谱持久的水稻抗病品种,但高抗病虫害的水稻品种往往生长发育受到限制,产量降低。

    被水稻稻瘟病菌侵染的水稻。

    如何在水稻抗病的同时不影响其产量性状,维持好植物抗病与生长发育的平衡?此外,面对病原菌的不断进化,如何让植物的免疫屏障有效抵御不同病原菌的反复进攻?针对这些问题,中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队经过15年不懈追踪,终于获得了答案。

    ROD1介导的免疫反应作用模型

    研究发现,水稻钙离子新感受子ROD1作为一个新的植物免疫抑制中枢,通过降解具有免疫活性的超氧分子(ROS),从而抑制植物的防卫反应。因此,在没有病原菌侵染时,植物的基础免疫维持在较低水平,有利于水稻生殖生长,进而提高产量。但当病原菌侵染时,植物进化出了聪明的免疫激发新途径:通过降解水稻钙离子新感受子ROD1减弱其功能,从而保证植物在抵御病原菌时能产生有效的防卫反应,不至于迅速发病枯死,并能繁殖后代。

    另一方面,病原菌和植物长期处于“军备竞赛”的协同进化过程中。研究发现,水稻稻瘟病菌会进化出模拟水稻钙离子新感受子ROD1结构的毒性蛋白,在植物体内盗用水稻钙离子新感受子ROD1的免疫抑制途径,实现侵染的目的。由于植物无法逃避病原菌的侵染,因此进化出了与病原菌共同生存的策略:通过适当减弱植物的抗病能力,来保证其生长繁殖,延续后代,让植物抗病性与繁殖力维持相对平衡的水平。这就是植物聪明的生存之道。

    以往,相关研究聚焦在钙离子信号如何激活植物免疫的问题,但该成果揭示了一条以钙离子受体ROD1为核心的免疫抑制新通路,以及植物与病原菌利用蛋白质结构模拟介导的协同进化机制,为植物免疫领域研究提供重要的新启示。

    该研究首次说明作物能够选择与气候或栽培条件相适应的免疫策略,让植物抗病能力与生长发育即环境适应性达到最佳平衡。

    何祖华研究员带领学生在田间调查水稻抗病性。

    研究还发现水稻钙离子新感受子ROD1的功能在禾谷类作物中是保守的,从而提出了可以通过编辑或操纵这类新的感病基因实现广谱抗病的新策略,对培育高产高抗的作物品种具有重要的指导意义和应用潜力。

    这项研究不仅拓宽了人们对于作物抗病性基础理论的认知,也为设计新的抗病基因、开发高产抗病作物品种提供了新的研发思路。

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