侯樹文 科技日報記者 王春
在與病原菌長期的斗爭中，植物進化出了基礎抗病性免疫反應（PTI）和專業(yè)化性抗病性免疫反應（ETI）兩層免疫系統(tǒng)作為防衛(wèi)武器。這兩種武器各有優(yōu)劣，PTI具有廣譜性，但是殺傷力弱；ETI雖然戰(zhàn)斗力強，但是殺傷范圍比PTI小。植物在與病原菌的長期戰(zhàn)斗中，使PTI和ETI相互促進，共同組成植物對陣病原菌的防衛(wèi)工事。
12月16日，國際學術期刊《自然》在線發(fā)表中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心何祖華研究團隊完成的題為“NLR免疫受體植物防衛(wèi)代謝并協(xié)同免疫反應”的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎免疫代謝調控網絡，水稻廣譜抗病NLR免疫受體蛋白通過保護初級防衛(wèi)代謝通路免受病原菌攻擊，協(xié)同整合PTI和ETI兩層免疫系統(tǒng)，賦予水稻廣譜抗病性的新機制。
稻瘟病是水稻的“癌癥”，它會造成水稻的減產甚至絕產。我國每年因稻瘟病發(fā)病直接損失稻谷約30億公斤。目前利用化學農藥對田間病害進行防治的方法，造成了嚴重的環(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濟、安全和有效的方法。
乙烯是水稻自身產生抗稻瘟病的防衛(wèi)激素，持續(xù)不斷的乙烯供應是水稻取得全面勝利的必要條件。何祖華團隊在研究中重點尋找共同參與調控PTI和ETI的基因位點，最后發(fā)現(xiàn)了能夠加速乙烯生產供應的化學裝備——一種新的水稻免疫調控蛋白PICI1。
PICI1與乙烯之間到底有著怎樣的生產關系呢？據(jù)何祖華介紹，PICI1既作用于PTI，也作用于其他免疫受體。同時他們首次鑒定PICI1具有去泛素化的生化功能，意味著其能夠增強底物蛋氨酸甲硫氨酸合成酶OsMETＳ的蛋白穩(wěn)定性。而乙烯前體就是蛋氨酸。
PICI1通過增強蛋氨酸合成酶的蛋白穩(wěn)定性，強化蛋氨酸的合成，促進防衛(wèi)激素乙烯的生物合成，從而調控PTI。也就是說，擁有了PICI1，水稻就擁有了持久供應水稻防衛(wèi)激素——乙烯的兵工廠或生產線。
但道高一尺魔高一丈，病原菌能夠通過分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的PTI，使之有利于病原菌的入侵。
那么植物“軍團”就拿病原菌沒有辦法了嗎？植物細胞內的免疫受體NLR可以感知病原菌的毒性蛋白，觸發(fā)新的免疫反應，即ETI。研究團隊進一步研究發(fā)現(xiàn)，NLR受體可以通過抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護和加強PICI1的功能，進而激活更多防衛(wèi)化學物質（蛋氨酸-乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。
“PICI1相當于一個戰(zhàn)略要地，病原菌毒性蛋白的目的是要降解PICI1，水稻自身的抗病蛋白NLR則是來保護它，只要有對應的NLR就可以干擾病原菌毒性蛋白降解PICI1，這就揭示了病原菌毒性蛋白和水稻抗病蛋白之間競爭性互作?！焙巫嫒A說。
也就是說，科學家發(fā)現(xiàn)了水稻將PTI和ETI相結合，產生廣譜持久抗瘟的生化反應生產線，即NLR-PICI1-OsMETＳ調控蛋氨酸-乙烯。由此得出，PICI1-NLR是水稻廣譜抗瘟的育種靶標。通過加強水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學防衛(wèi)代謝網絡，有望達到水稻廣譜持久抗稻瘟病的目的，并降低農藥的施用，為農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展提供新的策略。
PICI1-OsMETS介導的基礎代謝免疫調控模型。主辦方供圖
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