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我國每年因“稻瘟病”直接損失的稻谷約30億公斤。而為了獲取糧食的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，過往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施加大量農(nóng)藥，也影響了生態(tài)環(huán)境和食品安全。因此，如何讓植物獲得廣譜抗病性，克服水稻的這種高發(fā)病，一直被視為是與病原菌的一場“軍備競賽”。

12月16日，《自然》（Nature）在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團(tuán)隊(duì)完成的題為 “NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity（NLR免疫受體保護(hù)植物防衛(wèi)代謝并協(xié)同免疫反應(yīng)）”的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎(chǔ)免疫代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，賦予水稻廣譜抗病性的新機(jī)制。

簡要來說，該研究發(fā)現(xiàn)了水稻如何在不噴農(nóng)藥的情況下不得“稻瘟病”并能很好地生長。

何祖華研究員對第一財經(jīng)透露，這一科學(xué)研究目前已應(yīng)用到市場，從2006年起，這個系列的研究成果應(yīng)用于水稻抗病育種，已種植2000萬畝以上抗病水稻，基本實(shí)現(xiàn)了廣譜持久抗稻瘟病，降低了農(nóng)藥的施用。

漫畫為采訪單位制作提供

何祖華表示，“稻瘟病”早在《齊民要術(shù)》中被稱為“發(fā)炎火”，這種水稻的“頑癥”會造成水稻的減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，是水稻生產(chǎn)中最嚴(yán)重的病害之一。“發(fā)病稻田的損失率一般在10%，有的甚至可達(dá)40%－50%，甚至顆粒無收。”

據(jù)統(tǒng)計，全球范圍內(nèi)每年因稻瘟病造成的損失高達(dá)水稻產(chǎn)量的10%。我國不同稻區(qū)均是稻瘟病的易發(fā)區(qū)，每年因稻瘟病發(fā)病直接損失稻谷約30億公斤。因此，防治稻瘟病是我國糧食安全生產(chǎn)的主要任務(wù)之一。而目前利用化學(xué)農(nóng)藥對田間病害進(jìn)行防治的方法，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和食品安全問題。因此，挖掘和培育新的廣譜持久抗病品種是控制稻瘟病最為經(jīng)濟(jì)、安全和有效的方法，也是實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要保障。

何祖華，采訪單位供圖

何祖華解釋道，植物的免疫系統(tǒng)與動物類似，是經(jīng)過與病原菌的長期不懈斗爭所塑造的，主要包括兩層免疫系統(tǒng)。

首先，植物通過位于細(xì)胞膜表面的免疫受體識別病原菌，從而激活免疫反應(yīng)，該免疫反應(yīng)具有廣譜的基礎(chǔ)抗病性，但抗性水平低，不足以作為抗病育種的靶標(biāo)，稱之為基礎(chǔ)抗病性免疫反應(yīng)（PTI）。其次，植物細(xì)胞內(nèi)的免疫受體NLR，會通過感知病原菌的毒性蛋白，觸發(fā)新的免疫反應(yīng)，該免疫反應(yīng)抗病水平高，能有效控制病害，是抗病育種的主要靶標(biāo)，但往往具有病原菌小種專化性的弱點(diǎn)，只對某些病原菌變種獨(dú)有抗性，稱之為專化性抗性免疫反應(yīng)（ETI）。PTI 和ETI會相互促進(jìn)，協(xié)同調(diào)控植物的防衛(wèi)反應(yīng)。

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，水稻進(jìn)化產(chǎn)生的廣譜抗病NLR受體可以通過抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護(hù)并加強(qiáng)PICI1的功能，進(jìn)而激活更多的防衛(wèi)化學(xué)物質(zhì)（蛋氨酸—乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。

乙烯是一種天然植物激素。番茄、香蕉摘下的時候還未成熟，上架前用乙烯利處理就變成熟，這就是乙烯的作用。論文合作者、中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心文啟光研究員表示，“科學(xué)家已經(jīng)觀察到乙烯參與激發(fā)水稻的基礎(chǔ)抗病性，降低農(nóng)藥的施用，此次的成果就包括了這一發(fā)現(xiàn)”。

同時，研究團(tuán)隊(duì)通過對3000份水稻品種的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘到PICI1優(yōu)異的田間抗病變異位點(diǎn)，為水稻抗病育種提供了新的思路和靶點(diǎn)。