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科學(xué)家找到藏在水稻體內(nèi)的抗瘟“兵工廠”

2021年12月22日08:47 | 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
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原標(biāo)題:科學(xué)家找到藏在水稻體內(nèi)的抗瘟“兵工廠”

在與病原菌長(zhǎng)期的“軍備競(jìng)賽”中,植物進(jìn)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(qiáng),但是殺傷范圍比PTI小。

12月16日,國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團(tuán)隊(duì)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(jī)制。

水稻“癌癥”稻瘟病會(huì)造成水稻減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。我國(guó)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(duì)田間病害進(jìn)行防治的方法,已經(jīng)造成了環(huán)境污染和食品安全問(wèn)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(jì)、安全和有效的方法。

乙烯是水稻自身產(chǎn)生的能對(duì)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(tuán)隊(duì)在研究中重點(diǎn)尋找共同參與調(diào)控PTI和ETI的基因位點(diǎn),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(shí)他們首次發(fā)現(xiàn),PICI1能夠增強(qiáng)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(guò)增強(qiáng)蛋氨酸合成酶的蛋白穩(wěn)定性,強(qiáng)化蛋氨酸的合成,促進(jìn)防衛(wèi)激素乙烯的生物合成,從而調(diào)控PTI。也就是說(shuō),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(guò)分泌毒性蛋白直接降解PICI1,抑制水稻的PTI。這時(shí)植物細(xì)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(jìn)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(gè)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(hù)PICI1,只要有對(duì)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(jìng)爭(zhēng)性互作。”何祖華說(shuō)。

也就是說(shuō),PICI1-NLR是水稻廣譜抗瘟的育種靶標(biāo),通過(guò)加強(qiáng)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(duì)抗稻瘟病的新策略。(記者 王春)

(責(zé)編:王艷、王思迪)

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