【科研论文科普解读】

  每年，全球约有五分之一的粮食被病虫害吞噬。在中国，这一损失接近1800万吨。其中，水稻白叶枯病是最凶险的杀手之一。这种细菌性病害犹如水稻界的“肺炎”，总在台风和洪水之后大面积爆发。

  而且，受全球变暖影响，台风活动频繁，加之水稻主栽品种抗源单一、病原菌变异加快，白叶枯病发生面积持续扩大，已从过去的区域检疫性病害，发展成很多稻区的重要病害。

白叶枯病侵染后的水稻叶片，出现典型的灰白色病斑（图片由AI辅助生成）

  植物并非“坐以待毙”

  面对病原菌的快速变异，一个好品种常常推广3到5年就被“攻破抗性”。但植物真的毫无还手之力吗？当然不是！在植物细胞的深处，藏着一整套精密的免疫系统。就像人类拥有先天免疫和抗体细胞一样，植物也有两道防线：基础抗病（PTI）和专化抗病（ETI）。

　　基础抗病性是对一个病原菌所有变种都有一定的抗病性，是每个植物都有的，就像人感冒都会打喷嚏一样。如果植物缺失基础抗病性就像人得艾滋病一样。而专化抗病性是对一个病原菌的一些变种具有完全的强烈的抗病性，而对其他变体只有基础抗性，由植物抗病基因和对应的病原菌毒性蛋白决定，就像人用疫苗可以对一些菌产生免疫，作物育种家基本都用这类专化性抗病基因。

植物的基础抗病（PTI）与专化抗病（ETI）（图片由AI辅助生成）

  植物免疫系统在从野生种到现代作物形成过程中受到驯化塑造，其核心在于平衡生长（产量）与防御，在此期间抗病基因往往会受到差别选择，以适应不同的环境选择压力。这也是为什么很多现代水稻品种虽然产量高，但一遇到台风、洪水就容易得白叶枯病。

台风洪水后，白叶枯病菌侵染加剧，稻田从绿油油变成一片枯黄（图片由AI辅助生成）

  为了防治白叶枯病，其实早在20世纪90年代，科学家就从非洲野生稻中克隆出第一个抗白叶枯病基因Xa21，它编码的蛋白能识别病原菌的“身份证”（一种叫Ax21的分子），从而激活免疫反应。

  但随着大面积推广，人们发现它不抗东北亚的菌株。所以，要守住防线，就必须找到新的抗病基因。

  二十年磨一剑 发现“新武器”Xa48

  面对这一难题，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队与上海交通大学陈功友教授团队、浙江大学邓一文教授团队合作，历经二十年攻关，成功克隆水稻抗白叶枯病广谱抗病新基因Xa48，相关成果近日发表在国际权威学术期刊《自然》（Nature）。

  研究团队通过大规模筛选几千份水稻资源，利用能“攻破”国际上首个克隆的白叶枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在籼稻品种双科早中鉴定到一个新的白叶枯病抗病基因——Xa48。

  Xa48基因编码的免疫受体蛋白，能精准识别病原菌毒性蛋白XopG。一旦锁定“敌人”，水稻体内离子通道开启、钙信号传递，免疫抑制因子迅速降解，防御基因全面激活，就能构建起强效免疫防线。与首个抗白叶枯病基因Xa21侧重抵御东南亚菌株不同，Xa48专攻东北亚菌株，二者形成互补防御体系。

Xa48的工作原理（图片由AI辅助生成）

  水利设施改变了水稻基因？

  研究中，团队发现了一个奇怪的现象：Xa48基因在粳稻里消失了，只存在于籼稻资源中。

  为什么？经过深入解析，他们找到了背后的演化逻辑：Xa48虽然强大，但在没有病原菌威胁时，维持它会消耗能量，严重影响产量（即“生长与防御的权衡”）。历史上，籼稻主要种植在长江以南、气候温暖湿润、多雨多涝、白叶枯病多发的地区，强大的抗病能力是生存必需。因此，在自然和人工选择下，Xa48基因在籼稻中被保留了下来。

  而粳稻主要种植在长江以北地区，水患较少，白叶枯病的发生压力也随之降低。在“高产”成为更重要的驯化目标下，保留Xa48这个“高能耗”防御系统变得得不偿失。于是，在漫长的驯化过程中，粳稻逐步剔除了这个基因。

  这项研究也说明，自从大禹治水以来，中国农业水利灌溉体系的逐步建立间接影响了籼稻和粳稻的抗病性。

  双层免疫叠加，重构野生稻级广谱抗性

  既然单一的防线容易被攻破，驯化历史也做出了不同选择，有没有更有效的策略呢？研究团队提出了一个创新的育种思路：将植物的两道防线叠加起来。

  具体来说，利用已知的抗病基因Xa21构建基础抗病防线，对所有病原菌变种提供基础免疫，像“防弹衣”；加上新发现的抗病基因Xa48构建专化抗病防线，精准狙击主流强毒菌株，像“导弹”。这样就实现了广谱抗病又稳产的育种目标。

  目前，团队杂交聚合两种抗性的水稻新品系，在经历台风、洪水等极端胁迫后，仍能在不同稻区保持稳定抗性，且不影响产量等重要农艺性状。首次在作物上证明两个免疫网络的叠加可以重构野生稻的广谱抗病性，为破解作物病害绿色防控难题提供了新思路。

  如今，该技术基因已被隆平高科、中国水稻研究所单位广泛应用于水稻抗病育种，实现了从基础研究到育种应用的有效转化。（记者宋雅娟 肖春芳）