12月16日，Nature在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員何祖華研究組題為NLRs guard metabolism to coordinate patternand effector-triggered immunity的研究論文，揭示出一條新的廣譜免疫代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)，水稻廣譜抗病NLR受體蛋白通過保護(hù)免疫代謝通路免受病原菌攻擊，協(xié)同整合植物PTI和ETI，進(jìn)而賦予水稻廣譜抗病性的新機(jī)制。

水稻是世界主糧作物之一。由真菌Magna?porthe oryzae引起的稻瘟病是水稻的嚴(yán)重病害。稻瘟病常在我國和世界各稻區(qū)流行，可引起水稻大幅度減產(chǎn)，已成為水稻生產(chǎn)過程中主要的制約因素，也是全球糧食安全的重大隱患。因此，提高水稻的稻瘟病抗性，尤其是廣譜持久抗性，是水稻抗病育種工作的難點(diǎn)問題，也是熱點(diǎn)問題。

合理高效地利用和解析水稻廣譜持久抗病資源，是防控稻瘟病經(jīng)濟(jì)、有效和環(huán)保的方法，也是保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要策略。近年來，作物抗病基因鑒定、抗病機(jī)理等方面的研究取得了較大進(jìn)展，但作物廣譜、持久抗病性調(diào)控方面較少。尤其是，雖然已發(fā)現(xiàn)植物在抗病的情況下，其防衛(wèi)代謝會(huì)明顯加強(qiáng)，但在該過程中，免疫受體-防衛(wèi)代謝-廣譜抗性之間的關(guān)系一直是植物病理和農(nóng)作物育種領(lǐng)域的未解之謎。

針對以上問題，課題組綜合利用植物病理學(xué)、蛋白組學(xué)、遺傳學(xué)、分子和生化等實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)，鑒定到新的免疫調(diào)控蛋白PICI1，隨后發(fā)現(xiàn)PI?CI1作為植物中一類新的去泛素化蛋白酶發(fā)揮功能。進(jìn)一步地，研究人員通過遺傳、生化、生理、病理等實(shí)驗(yàn)鑒定到PICI1的直接下游底物—蛋氨酸合酶OsMETS，并發(fā)現(xiàn)PICI1可以通過降低Os?METS的泛素化水平增強(qiáng)其蛋白穩(wěn)定性，促進(jìn)蛋氨酸-乙烯代謝通路，進(jìn)而激活水稻的免疫反應(yīng)。至此，研究揭示出一條全新的免疫代謝調(diào)控通路（PICI1-OsMETS-ethylene），并且該通路既參與水稻的基礎(chǔ)抗病性（PTI）又調(diào)控NLR介導(dǎo)的?；涂共⌒裕‥TI）。研究還發(fā)現(xiàn)，病原菌可以通過分泌一些毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的基礎(chǔ)抗病性（PTI）。然而，植物與病原菌長期處于類似于“軍備競賽”的協(xié)同進(jìn)化中，水稻產(chǎn)生的廣譜抗病NLR類受體PigmR等通過競爭性抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護(hù)并加強(qiáng)PICI1-OsMETS-乙烯代謝通路，從而激發(fā)更強(qiáng)烈的ETI抗性。這是一個(gè)新的植物與病原菌“軍備競賽”的互作研究范例，首次回答了植物在與病原菌協(xié)同進(jìn)化過程中，如何通過增強(qiáng)防衛(wèi)代謝以獲得廣譜抗病性的科學(xué)問題，并從基礎(chǔ)代謝的角度揭示了水稻NLR受體介導(dǎo)的專化性抗病性依賴于基礎(chǔ)抗病性的保守機(jī)制，為水稻及農(nóng)作物的抗病育種設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

進(jìn)一步通過對3000份水稻品種的基因組數(shù)據(jù)分析，研究發(fā)現(xiàn)PICI1啟動(dòng)子具有秈粳分化的自然變異位點(diǎn)，并且該位點(diǎn)與稻瘟病的基礎(chǔ)抗性相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而為水稻抗病育種提供新的思路和靶點(diǎn)。“NLR-PICI1-蛋氨酸-乙烯”化學(xué)防衛(wèi)代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)，為提高水稻的廣譜持久抗瘟性提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，對降低農(nóng)藥的施用，實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有潛在理論和實(shí)踐意義。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)基礎(chǔ)科學(xué)中心和重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。