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科学家揭示植物抗病性与繁殖力平衡机制

来源:《中国科学报》2021-10-08 10:20

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  何祖华(左一)带领学生在田间调查水稻抗病性。课题组供图

  近日,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《细胞》在线发表论文,揭示了水稻钙离子感受器ROD1精细调控水稻免疫,从而降低水稻因广谱抗病引发的生存代价,平衡水稻抗病性与生殖生长和产量性状。

  水稻是我国重要的粮食作物之一。但近年来,水稻病虫害发生情况严重,对我国农业生产和粮食安全构成严重威胁。但高抗的水稻品种往往生长发育受到限制,导致产量降低。那么,如何在提高水稻抗病性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?

  研究人员发现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ROD1减弱其功能,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ROD1结构的毒性蛋白,在植物体内盗用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。

  “以往相关研究聚焦了钙离子信号如何激活植物免疫的问题,但这项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。”何祖华告诉《中国科学报》,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。

  该研究组进一步挖掘ROD1的育种应用价值,通过对3000多种不同水稻品种的基因序列分析,发现ROD1单个氨基酸的改变可以影响其抗性和地理分布,说明作物抗病性受地域起源的选择,丰富了作物驯化的理论基础。(黄辛)

[ 责编:赵宇豪 ]
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