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科學(xué)家揭示免疫馴化機(jī)制與廣譜抗病育種技術(shù)

2026年04月10日 分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心
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視頻中部分內(nèi)容由AI生成(來源:中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心)

氣候變暖、臺(tái)風(fēng)頻發(fā),加上水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異快,水稻白葉枯病已經(jīng)蔓延到主要稻區(qū),影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。挖掘抗病基因、改良育種,對(duì)保障糧食安全具有重要意義。

近日,中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心等克隆出白葉枯病廣譜抗病基因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XA48在作物馴化中協(xié)調(diào)生長(zhǎng)與免疫的分子基礎(chǔ)。研究還證實(shí),疊加基礎(chǔ)抗性與病菌小種?;钥共【W(wǎng)絡(luò),可以重構(gòu)野生稻廣譜抗性并維持高產(chǎn)性狀。

作物在被人類馴化的過程中,抗病能力會(huì)根據(jù)環(huán)境被選擇性保留,以在產(chǎn)量和抗病之間找到平衡。但人們至今還沒完全弄清楚,這些抗病性狀具體是怎樣被人工差異化選擇出來的。

已克隆的水稻抗白葉枯病抗病基因Xa,多源自野生稻或感病基因突變,說明馴化中抗性或發(fā)生功能丟失,此外秈稻和粳稻田間抗病性差異顯著且存在生殖隔離。因此,厘清水稻馴化及亞種形成過程中抗病基因的選擇模式,對(duì)水稻高產(chǎn)抗病育種至關(guān)重要。

團(tuán)隊(duì)篩選大量水稻資源,利用能“攻破”首個(gè)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出新的白葉枯病抗病基因Xa48,并發(fā)現(xiàn)其編碼一個(gè)免疫受體蛋白。Xa21主要抵御東南亞病原菌變種,而Xa48針對(duì)東北亞變種。

團(tuán)隊(duì)還鑒定出對(duì)應(yīng)的病原菌效應(yīng)蛋白(XopG),發(fā)現(xiàn)抗病蛋白識(shí)別病原菌效應(yīng)蛋白后,會(huì)降解下游免疫抑制蛋白,從而激活免疫反應(yīng)。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析了抗病基因在秈稻和粳稻中的差別馴化機(jī)制,發(fā)現(xiàn)Xa48-OsVOZ1模塊顯著影響粳稻產(chǎn)量。歷經(jīng)千年馴化,這一抗病基因早已從粳稻基因組中消失,僅保留在秈稻資源里。

究其緣由,秈稻多種植于長(zhǎng)江以南白葉枯病高發(fā)區(qū),粳稻則分布在長(zhǎng)江以北水患較少區(qū)域。

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉體系完善,長(zhǎng)江以北水稻白葉枯病顯著減少,而東南亞受臺(tái)風(fēng)、洪水影響,病原菌壓力大,抗病基因僅留存于部分南方秈稻里。

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了水稻白葉枯病抗性綜合研究平臺(tái),依托長(zhǎng)期遺傳育種選擇與植物病理學(xué)研究,建立了基礎(chǔ)抗病加專化性抗病協(xié)同的免疫研究體系,解析了二者在作物免疫應(yīng)答中的作用機(jī)制。

雜交聚合兩種抗性的水稻新品系,在經(jīng)歷臺(tái)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。這在作物層面首次證實(shí),兩個(gè)免疫網(wǎng)絡(luò)疊加,可以重構(gòu)野生稻的廣譜抗病性,為作物病害綠色防控提供了新思路。

這一成果為植物保護(hù)和生物育種研究提供了重要理論支撐。同時(shí),相關(guān)成果已落地到多家育種單位。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》(Nature)上。

論文鏈接

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

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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