水稻廣譜與持久抗稻瘟病研究取得重大進(jìn)展

鄧一文

[本刊訊]中國科學(xué)院上海生命科學(xué)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(chǎn)量平衡的表觀調(diào)控新機(jī)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(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)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(shí)行稻瘟病抗性的“一票否決”制?？刂圃摬『ψ罱?jīng)濟(jì)有效的方法是發(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(gè)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(dǎo)致品種抗性喪失，無法繼續(xù)應(yīng)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(jià)問題，往往會(huì)影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。

2002年開始，研究團(tuán)隊(duì)與育種專家合作，廣泛篩選抗瘟種質(zhì)。從起源于我國農(nóng)家品種的育種材料中鑒定出一個(gè)廣譜持久抗瘟性新位點(diǎn)Pigm。采用分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等手段，系統(tǒng)解析了該位點(diǎn)的持久抗病機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，Pigm是一個(gè)包含多個(gè)NBS-LRR類（核苷酸結(jié)合位點(diǎn)一富含亮氨酸重復(fù)）抗病基因的基因簇，其中只有2個(gè)基因能產(chǎn)生具功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR在水稻的葉、莖稈、穗等處表達(dá)，且可自身互作，形成同源二聚體，發(fā)揮廣譜抗病作用，但會(huì)導(dǎo)致水稻千粒重降低，產(chǎn)量下降。相反，PigmS受到表觀遺傳的調(diào)控，僅在水稻花粉中特異性地高表達(dá)，在葉、莖稈等病原菌侵染的部位表達(dá)量很低，但可提高水稻結(jié)實(shí)率，抵消PigmR對(duì)產(chǎn)量的影響。PigmS可與PigmR競(jìng)爭(zhēng)，通過形成異源二聚體抑制PigmR介導(dǎo)的廣譜抗病作用，為病原菌提供了一個(gè)“避難所”，病原菌的進(jìn)化選擇壓力變小，減緩了病原菌對(duì)PigmR的致病性進(jìn)化，因此Pigm介導(dǎo)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(chǎn)量，該基因已被國內(nèi)30多家種子公司和育種單位應(yīng)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(kuò)展了植物免疫與抗病性機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為作物抗病育種提供了有效的新工具。