鄧一文

[本刊訊]中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所何祖華研究組與合作者成功克隆了持久廣譜抗稻瘟病基因Pigm，并揭示了水稻廣譜抗病與產量平衡的表觀調控新機制。研究成果于2017年2月2日在線發(fā)表于美國Science雜志。

稻瘟病是由真菌Magnaportheoryzae引起的，是水稻最重要的病害之一。稻瘟病分布于中國乃至世界各稻區(qū)，可引起水稻大幅減產，嚴重時減產40%～50%，甚至顆粒無收，因此我國水稻新品種審定從2008年開始實行稻瘟病抗性的“一票否決”制?？刂圃摬『ψ罱洕行У姆椒ㄊ前l(fā)掘和利用新的廣譜持久抗病資源，選育廣譜抗病新品種。至今已克隆出25個抗稻瘟病基因，由于絕大部分基因的抗病譜較窄，帶有這些基因的抗病品種一般推廣3年后，就因稻瘟病病菌變異導致品種抗性喪失，無法繼續(xù)應用。另一方面，采用抗病基因聚合方法雖可提高水稻抗病性，但由于存在抗性代價問題，往往會影響水稻產量和品質。

2002年開始，研究團隊與育種專家合作，廣泛篩選抗瘟種質。從起源于我國農家品種的育種材料中鑒定出一個廣譜持久抗瘟性新位點Pigm。采用分子遺傳學、分子生物學、生物化學和細胞生物學等手段，系統(tǒng)解析了該位點的持久抗病機制。研究發(fā)現(xiàn)，Pigm是一個包含多個NBS-LRR類（核苷酸結合位點一富含亮氨酸重復）抗病基因的基因簇，其中只有2個基因能產生具功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR在水稻的葉、莖稈、穗等處表達，且可自身互作，形成同源二聚體，發(fā)揮廣譜抗病作用，但會導致水稻千粒重降低，產量下降。相反，PigmS受到表觀遺傳的調控，僅在水稻花粉中特異性地高表達，在葉、莖稈等病原菌侵染的部位表達量很低，但可提高水稻結實率，抵消PigmR對產量的影響。PigmS可與PigmR競爭，通過形成異源二聚體抑制PigmR介導的廣譜抗病作用，為病原菌提供了一個“避難所”，病原菌的進化選擇壓力變小，減緩了病原菌對PigmR的致病性進化，因此Pigm介導的抗病具有持久性。利用Pigm改良選育的品種既有廣譜持久抗病性又不影響產量，該基因已被國內30多家種子公司和育種單位應用于水稻抗病分子育種，已有新品種參加區(qū)試和品種審定。因此，該研究不僅在理論上擴展了植物免疫與抗病性機制的認識，也為作物抗病育種提供了有效的新工具。