点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案

来源:光明网2026-04-10 15:56

  【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。

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案

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。

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案

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。

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案

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。

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案

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)

抗病与高产如何兼得?我国科学家给出全新答案
[ 责编:武玥彤 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 南通:光储行业跑出“中国速度”

  • 叙利亚两辆巴士相撞致35人死亡

独家策划

推荐阅读
国家药监局近日批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。该药为原创靶点、新机制罕见病治疗药物,在中国、美国、日本、欧盟同步申报,我国率先完成审批,实现全球“首报首发”的历史性突破。
2026-07-24 08:55
记者从市场监管总局了解到,国际电工委员会智能制造系统委员会近日发布IEC SRD 63459:2026《智能制造用例模板》国际标准。为此,国际电工委员会智能制造系统委员会于2019年成立首个工作组,组织各国专家制定国际统一的智能制造用例模板,以统一的方式描述、存储和使用用例。
2026-07-24 08:51
23日20时,我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭,成功将天链二号06星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-07-24 08:50
王虹、邓煜与其他两位数学家共同获得菲尔兹奖,这是令国人振奋的消息,也是中国数学家感到自豪的时刻。邓煜的另一项研究,是与合作者成功建立了三维波动方程吉布斯测度的不变性,将概率论方法系统性地引入波动方程研究。
2026-07-24 08:49
记者从北京大学获悉,2026年国际数学家大会23日在美国费城开幕。王虹,本科就读于北京大学数学科学学院,获理学学士学位;2014年相继取得巴黎综合理工学院工程师学位与巴黎-萨克雷大学硕士学位;后于麻省理工学院完成博士学位。
2026-07-24 08:48
7月22日,美国佛蒙特大学研究团队在《自然》杂志发表论文称,他们在北美鲶鱼体内发现一种可传染的黑色素瘤。换言之,肿瘤细胞本身就是“感染因子”,如同寄生虫一般,从一条鱼传到另一条鱼。这些带病的鲶鱼,正为科学界提供一个观察癌症演化的难得机会。
2026-07-23 09:57
《自然》杂志22日发表了一项天文学研究,可能揭示了人类对首个已知的系外卫星(exosatellite)的观测。在三层等级系统中,一颗恒星周围有一颗伴星,如行星或褐矮星,而第三个天体围绕伴星,这第三个天体可称为系外卫星。
2026-07-23 09:57
生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程,但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。
2026-07-23 09:49
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上的讲话中指出,“科学的未来在青年”,强调“要把青年科技人才队伍建设作为一项战略工程,全方位做好培养、引进、使用工作”。
2026-07-23 09:49
黄瓜是受到全球广泛喜爱的蔬菜,它源自喜马拉雅山脉南麓,由其野生祖先驯化而来,历经2000余年的传播扩散,遍布世界。中国科学院院士、崖州湾国家实验室副主任钱前评价,该研究为黄瓜分子设计育种提供了坚实支撑,兼具重要基础科学价值与育种应用前景。
2026-07-23 09:48
中国水稻研究所研究员王克剑团队近日在杂交水稻育种领域取得重要进展——成功研发出克隆效率稳定超过99%、结实完全正常的一系法杂交水稻,团队将其命名为“一系1号”。图为团队创制的无融合生殖株系在试验田大群体种植下表现出的克隆效率与结实率情况。
2026-07-22 09:35
今年新增农业机器人、盐碱地科学与工程、智慧渔业三大新农科专业,分别由江苏大学、山东农业大学、宁波大学首批开设,为涉农人才培养开辟了新跑道。
2026-07-22 09:31
这场举世瞩目的盛会,凝聚共识,密集发布国际合作倡议与行动计划,为促进全球人工智能朝着向上向善、造福人类的方向发展注入了更多新动能。
2026-07-22 09:29
虽然现阶段机器人能做的事还很有限,但这种“人机搭档”的新模式,让我们的生活服务向高品质、多样化和便利化发展。我想,这就是科技落地的意义吧。
2026-07-22 09:28
重离子加速器是探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具,研究中产生的新知识、技术和方法被广泛应用于航天、医疗、农业等多个领域。
2026-07-22 09:26
无法驶出的化肥运输船,迟迟不散的热浪,突然生效的出口禁令……近期,一系列事件叠加,或许正给全球粮食安全带来显著不确定性。
2026-07-21 03:40
拔尖创新人才作为国家战略科技力量的核心支撑,其培育成效直接关系到高水平科技自立自强的进程。科学教育是拔尖创新人才培养的基础工程,必须把握青少年成长的关键期,构建全链条、一体化的科学教育新生态,推动教育、科技、人才深度融合,为强国建设筑牢人才根基。
2026-07-21 03:40
以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革,正深刻重塑产业形态与劳动方式,职业教育作为对接产业最紧密的教育类型,面临的根本性问题已不再是如何培养标准化、重复性的熟练操作者,而是要回答人机协同时代究竟需要什么样的高技能人才。
2026-07-21 03:40
暑假已至,以中小学生为主力的研学游市场持续升温。外出研学已成为不少中小学生家庭的假期常规安排。家长往往将研学活动视作教育由家庭、学校向社会课堂的延伸,是学校教育的重要补充。
2026-07-21 03:40
毕业论文AI率检测,已成为无数大学毕业生关心的热点话题。AI工具引发的学术不端如何界定?为规避高AI率而拆解论文、打乱表达的无奈如何化解?AI检测产品缺少国家标准、质量参差不齐的困局如何突破?这些追问,热度居高不下,答案却远未清晰。
2026-07-21 03:40
加载更多