在與病原菌長期的“軍備競賽”中，植物進化出基礎(chǔ)抗病性免疫反應(yīng)（PTI）和專業(yè)化抗病性免疫反應(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，但是殺傷范圍比PTI小。
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隊的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎(chǔ)免疫代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠協(xié)同整合PTI和ETI兩層免疫系統(tǒng)，賦予水稻廣譜抗病性新機制。
水稻“癌癥”稻瘟病會造成水稻減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。我國水稻每年因稻瘟病直接損失約30億公斤。目前利用化學(xué)農(nóng)藥對田間病害進行防治的方法，已經(jīng)造成了環(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、安全和有效的方法。
乙烯是水稻自身產(chǎn)生的能對抗稻瘟病的激素，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。何祖華團隊在研究中重點尋找共同參與調(diào)控PTI和ETI的基因位點，最后發(fā)現(xiàn)了能夠加速乙烯生產(chǎn)供應(yīng)的免疫調(diào)控蛋白PICI1。
何祖華介紹，PICI1既作用于PTI，也作用于其他免疫受體。同時他們首次發(fā)現(xiàn)，PICI1能夠增強底物蛋氨酸合成酶的蛋白穩(wěn)定性，而乙烯前體就是蛋氨酸。
PICI1通過增強蛋氨酸合成酶的蛋白穩(wěn)定性，強化蛋氨酸的合成，促進防衛(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)防衛(wèi)激素——乙烯的“兵工廠”。
但病原菌能夠通過分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的PTI。這時植物細胞內(nèi)的免疫受體NLR可以感知病原菌的毒性蛋白，觸發(fā)ETI，進而激活更多乙烯的合成，以獲得廣譜抗病性。
“PICI1相當(dāng)于一個戰(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則可以保護PICI1，只要有對應(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存在競爭性互作。”何祖華說。
也就是說，PICI1-NLR是水稻廣譜抗瘟的育種靶標(biāo)，通過加強水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學(xué)防衛(wèi)代謝網(wǎng)絡(luò)，有望獲得少用農(nóng)藥就能持久對抗稻瘟病的新策略。
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