從“剔除”到“重構(gòu)”：中國科學(xué)家為水稻裝上廣譜抗病“雙保險”

近20年來，受全球變暖影響，臺風(fēng)活動頻繁，加之水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異加快，白葉枯病發(fā)生面積持續(xù)擴大、危害程度不斷加重。從以往的區(qū)域檢疫性病害，發(fā)展成所有稻區(qū)的重要病害。該病害卷土重來，已成為制約水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵瓶頸之一。加強水稻白葉枯病抗病基因挖掘與育種應(yīng)用研究，對于保障我國水稻生產(chǎn)安全、維護糧食穩(wěn)定供給具有重要戰(zhàn)略意義，也是我國生物育種的重大需求。

臺風(fēng)降雨導(dǎo)致白葉枯病爆發(fā)

植物免疫系統(tǒng)在從野生種到現(xiàn)代作物形成過程中受到馴化塑造，其核心在于平衡生長（產(chǎn)量）與防御，在此期間抗病基因往往會受到差別選擇，以適應(yīng)不同的環(huán)境選擇壓力。但是學(xué)術(shù)和育種界對于植物抗病如何經(jīng)歷差別化的人工選擇尚不清楚。目前，已克隆的多數(shù)水稻抗白葉枯病抗病基因Xa來源于野生稻或感病基因突變，暗示白葉枯病抗性可能在水稻馴化中經(jīng)歷了功能缺失選擇。鑒于傳統(tǒng)育種長期聚焦于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而水稻兩個亞種（秈稻和粳稻）間存在明顯的田間抗病性差異和生殖隔離，明確水稻馴化尤其是亞種形成過程中抗病基因的選擇模式，對于指導(dǎo)現(xiàn)代水稻高產(chǎn)抗病育種具有重要意義。

北京時間2026年4月8日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華院士團隊與上海交通大學(xué)陳功友教授團隊、浙江大學(xué)鄧一文教授團隊合作在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上發(fā)表題為“Asymmetric selection of a rice immune module and rebuild of disease resistance”（水稻免疫模塊的馴化選擇與廣譜抗病重構(gòu)）的研究論文。該研究克隆了白葉枯廣譜抗病基因Xa48，首次闡明廣譜持久抗白葉枯病NLR免疫受體與病原菌分泌的毒性蛋白激發(fā)免疫的新模型，揭示了XA48在作物馴化中協(xié)調(diào)生長與免疫的分子基礎(chǔ)；首次證實基礎(chǔ)與病菌小種專化性抗病網(wǎng)絡(luò)的疊加可以重構(gòu)野生稻那樣的廣譜抗性并能維持高產(chǎn)性狀，為培育抗白葉枯病水稻新品種提供了重要的理論和技術(shù)支撐。

XA48介導(dǎo)的免疫信號通路及Xa48-OsVOZ1免疫模塊的馴化規(guī)律

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(yīng)的病原菌效應(yīng)蛋白XopG。他們通過系統(tǒng)的遺傳、生化和細(xì)胞生物學(xué)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(yīng)。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(yán)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(xué)研究，建立了以XA21基礎(chǔ)抗病加XA48專化性抗病為核心的免疫研究平臺，系統(tǒng)探索二者在作物免疫應(yīng)答中的協(xié)同效應(yīng)。作物的基礎(chǔ)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(chǔ)抗病性就像人得艾滋病一樣。而專化抗病性是對一個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(chǔ)抗性，由植物抗病基因和對應(yīng)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(fēng)、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(luò)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。

綜上，本項研究在免疫機制解析和生物育種應(yīng)用方面形成了鮮明特色，為我國植物保護和生物育種突破奠定了重要基礎(chǔ)。本成果已被隆平高科、荃銀高科、中國水稻研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等多個育種單位直接應(yīng)用于抗病新品種培育，實現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到育種應(yīng)用的有效轉(zhuǎn)化，也是該團隊自2017年在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）發(fā)表對真菌病害稻瘟病的廣譜抗病基因Pigm以來的又一重大成果，極大地助力了我國作物育種和農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)，為“把種子牢牢攥在自己手里”提供技術(shù)支撐。

來源：中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心官網(wǎng)

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