揭開(kāi)水稻“癌癥”的神秘面紗

編輯|孫潔

揭開(kāi)水稻“癌癥”的神秘面紗

編輯|孫潔

水稻是世界約一半人口的口糧。稻瘟病是水稻重大病害之一，可引起大幅度減產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)40%～50%，甚至顆粒無(wú)收。稻瘟病可能發(fā)生在省域內(nèi)的任何年頭、任何季節(jié)，防治非常困難，而且世界各稻區(qū)均有發(fā)生，其中以葉部、節(jié)部發(fā)生為多，發(fā)生后可造成不同程度減產(chǎn)，尤其穗頸瘟或節(jié)瘟發(fā)生早而重，可造成白穗以致絕產(chǎn)。近年來(lái)，廣東稻瘟病年發(fā)生面積不少于50萬(wàn)畝，而且出現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)，局部大爆發(fā)并不少見(jiàn)。嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)，被稱(chēng)為水稻“癌癥”。

長(zhǎng)期以來(lái)，各國(guó)科學(xué)家致力于發(fā)現(xiàn)不同的抗病基因，導(dǎo)入材料中形成具有抗性的水稻品種，但是隨著病源菌不斷進(jìn)化，抗病基因也需要不斷更新，不然就會(huì)失去作用。

稻瘟病非病源菌小種特異抗性具有抗譜廣和抗病持久的特點(diǎn)，在水稻抗病育種應(yīng)用中發(fā)揮著極其重要的作用。

2017年6月29日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)陳學(xué)偉教授帶領(lǐng)水稻重大病害抗性機(jī)制與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)了“一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的天然變異賦予水稻對(duì)稻瘟病的廣譜抗性”研究論文，該研究通過(guò)大數(shù)據(jù)分析與遺傳、生化、病理等實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段相結(jié)合，挖掘了對(duì)稻瘟病的新型廣譜高抗的水稻遺傳資源，闡明了新型廣譜持久抗病的分子機(jī)理。這項(xiàng)科研為攻克世界難題稻瘟病提供了新途徑。

陳學(xué)偉研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研究，利用廣譜高抗水稻地谷與基因組已經(jīng)測(cè)序的66份非廣譜抗病水稻進(jìn)行GWAS（全基因組關(guān)聯(lián)）分析，并應(yīng)用高抗水稻地谷與高感材料麗江新團(tuán)黑谷為親本構(gòu)建的重組自交系（抗病性經(jīng)多年田間自然誘發(fā)和苗期接種鑒定）進(jìn)行共相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)了編碼C2H2類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子的基因Bsr-d1的啟動(dòng)子自然變異后對(duì)稻瘟病具有廣譜持久的抗病性。這項(xiàng)研究可以有效提高對(duì)稻瘟病的抗病免疫能力，如果把目前廣泛使用的抗病基因方式比作“服預(yù)防藥式”防治，那么天然變異位點(diǎn)的方式則可稱(chēng)為“提高免疫水平式”的防治，可以有效避免病源菌進(jìn)化導(dǎo)致的抗病能力失效的問(wèn)題。

“該等位變異在提高抗病性的同時(shí)，對(duì)產(chǎn)量性狀和稻米品質(zhì)沒(méi)有明顯影響，”陳學(xué)偉介紹說(shuō)，這也是它具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值的地方。

分析發(fā)現(xiàn)全球收集的3000份水稻中有分布于26個(gè)國(guó)家的313份水稻資源含有該變異位點(diǎn)，表明該位點(diǎn)在育種應(yīng)用中已獲得一定程度的選擇，同時(shí)也表明該位點(diǎn)還有更大的應(yīng)用空間。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)在地谷中，基因Bsr-d1的啟動(dòng)子區(qū)域因一個(gè)關(guān)鍵堿基變異，導(dǎo)致上游MYB轉(zhuǎn)錄因子對(duì)Bsr-d1的啟動(dòng)子結(jié)合增強(qiáng)，從而抑制Bsr-d1響應(yīng)稻瘟病菌誘導(dǎo)的表達(dá)，并導(dǎo)致BSR-D1直接調(diào)控的H2O2降解酶基因表達(dá)下調(diào)，使H2O2降解減弱，細(xì)胞內(nèi)H2O2富集，提高了水稻的免疫反應(yīng)和抗病性。

由于先前在水稻等植物中尚未報(bào)道過(guò)C2H2轉(zhuǎn)錄因子和MYB轉(zhuǎn)錄因子如何協(xié)調(diào)減弱H2O2的降解來(lái)提高廣譜抗病性。這一新型廣譜抗病機(jī)制的發(fā)現(xiàn)極大地豐富了水稻免疫反應(yīng)和抗病分子理論基礎(chǔ)。

此次研究挖掘了對(duì)稻瘟病的新型廣譜高抗的水稻遺傳資源，闡明了新型廣譜持久抗病的分子機(jī)理。為水稻稻瘟病廣譜抗病育種提供了重大理論和應(yīng)用基礎(chǔ)，也為小麥、玉米等糧食作物相關(guān)新型抗病機(jī)理的研究和應(yīng)用提供了重要借鑒。