中國(guó)日?qǐng)?bào)11月8日電（記者 閆東潔）近年來(lái)，病蟲害的頻繁爆發(fā)造成作物減產(chǎn)和品質(zhì)下降, 大量使用化學(xué)農(nóng)藥控制農(nóng)作物病蟲害，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，還威脅人們健康。培育廣譜抗病品種是保障我國(guó)糧食安全、發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、維護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要舉措。發(fā)掘廣譜持久抗病基因，揭示植物免疫激活調(diào)控廣譜抗病的分子機(jī)制是農(nóng)作物抗病育種的重要理論基礎(chǔ)。

北京時(shí)間2024年11月8日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）以"背靠背"形式在線發(fā)布了同一單位不同團(tuán)隊(duì)的兩項(xiàng)重要科研成果。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華院士團(tuán)隊(duì)、張余研究員團(tuán)隊(duì)，復(fù)旦大學(xué)高明君研究員團(tuán)隊(duì)以及浙江大學(xué)鄧一文教授團(tuán)隊(duì)合作完成了題為 "A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance（一個(gè)經(jīng)典的蛋白復(fù)合體調(diào)控免疫穩(wěn)態(tài)與多病原菌抗性）"的研究成果。另一篇題為"Activation of a helper NLR by plant and bacterial TIR immune signaling（植物和細(xì)菌的免疫信號(hào)介導(dǎo)植物細(xì)胞內(nèi)免疫受體的激活）"的研究成果來(lái)自分子植物卓越中心萬(wàn)里研究員團(tuán)隊(duì)。

植物免疫的本質(zhì)是識(shí)別"非我"。植物免疫系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別病原微生物而激活自身的免疫反應(yīng)，該系統(tǒng)由兩道防線組成，一是通過(guò)植物細(xì)胞表面感受器識(shí)別病原菌后產(chǎn)生的基礎(chǔ)抗病性（PTI），PTI相對(duì)溫和且容易被病原菌分泌的毒性蛋白所突破；在進(jìn)化中，植物產(chǎn)生了第二道防線，植物細(xì)胞內(nèi)感受器NLR蛋白識(shí)別病原菌分泌的毒性蛋白后引起的?；钥剐裕‥TI），該防線反應(yīng)強(qiáng)烈且能賦予植物強(qiáng)抗病性。植物ETI免疫反應(yīng)的發(fā)生依賴于植物特定的NLR感受器蛋白識(shí)別特定病原菌分泌的特定毒性蛋白。由于ETI的特異性，目前在植物抗病育種和病蟲害防治中缺乏有效的方法激活植物ETI。如何克服ETI對(duì)病原菌的特異性，實(shí)現(xiàn)有效的多病原廣譜抗病性成為了植物免疫研究的重要課題。

何祖華及其合作研究團(tuán)隊(duì)在前期研究中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)水稻免疫抑制基因ROD1，該基因突變引起活性氧積累，產(chǎn)生免疫自激活表型，顯著提高水稻對(duì)多個(gè)病原菌如稻瘟病、白葉枯病和紋枯病的抗性，論文發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而對(duì)ROD1抑制免疫激活的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)尚不清楚。研究團(tuán)隊(duì)采用EMS化學(xué)誘變和γ射線物理誘變篩選rod1抑制子的策略深入研究，經(jīng)過(guò)大規(guī)模的田間表型鑒定篩選，共獲得18個(gè)rod1抑制子株系。通過(guò)基因克隆和全基因組測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)這些抑制子分別是OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1基因突變。首次報(bào)道禾本科作物的細(xì)胞內(nèi)感受器OsTIR蛋白具有產(chǎn)生免疫小分子pRib-AMP的功能，小分子pRib-AMP能夠激活水稻OsEDS1、OsPAD4和OsADR1蛋白形成免疫復(fù)合體EPA激發(fā)免疫反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)水稻免疫抑制蛋白R(shí)OD1與OsTIR互作，影響OsTIR的酶活，從而抑制小分子pRib-AMP的生成，避免EPA復(fù)合體激發(fā)免疫反應(yīng)，維持免疫的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)病原菌侵染時(shí)，ROD1被降解，OsTIR蛋白被釋放后生成小分子激活免疫復(fù)合體EPA，產(chǎn)生對(duì)多種病原菌的廣譜抗性。因此，該研究揭示了一個(gè)五組分的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控植物免疫穩(wěn)態(tài)的分子機(jī)制，為培育廣譜抗多種病原菌的作物新品種提供重要的理論基礎(chǔ)和靶標(biāo)基因。

無(wú)獨(dú)有偶的是萬(wàn)里團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞內(nèi)感受器的TIR蛋白可生成小分子2'cADPR，這一類小分子作為前體在植物體內(nèi)可以被轉(zhuǎn)化生成pRib-AMP，從而激活EPA免疫復(fù)合體，提高植物抗病性。利用2'cADPR處理植物即可誘導(dǎo)類似于ETI的強(qiáng)抗病性，實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有特定病原菌侵染的情況下人為可控地激活植物強(qiáng)ETI免疫反應(yīng)。而且相對(duì)于pRib-AMP，2'cADPR性質(zhì)更穩(wěn)定，所以也更適合開發(fā)作為植物免疫激活劑。這一發(fā)現(xiàn)為發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)提供了一種能夠激發(fā)農(nóng)作物廣譜抗病性的新型"生物農(nóng)藥"，從而有效替代化學(xué)農(nóng)藥，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。一些細(xì)菌的TIR蛋白也可以產(chǎn)生2'cADPR并激活植物的ETI免疫反應(yīng)，因此本研究還揭示了植物和細(xì)菌免疫通路交互的分子機(jī)理。

植物細(xì)胞內(nèi)感受器TIR蛋白介導(dǎo)的ETI抗性是農(nóng)作物抗病育種的重要靶標(biāo)。因此，研究植物免疫受體及其工作機(jī)理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)植物免疫受體的人工定向改造，從而有效解決植物病害問(wèn)題。這兩項(xiàng)研究成果共同揭示了一個(gè)在不同植物中保守的由小分子pRib-AMP和蛋白復(fù)合體EPA介導(dǎo)的免疫激活新機(jī)制，為植物病害防控提供了新型"生物農(nóng)藥"靶標(biāo)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障糧食安全具有重要意義。

分子植物卓越中心博士研究生武越、徐煒瑩、雷子耀，高級(jí)工程師劉繼云，上?？萍即髮W(xué)博士研究生趙國(guó)燕以及復(fù)旦大學(xué)博士研究生李魁為論文"A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance"的共同第一作者，分子植物卓越中心何祖華院士、張余研究員，復(fù)旦大學(xué)高明君研究員以及浙江大學(xué)鄧一文教授為共同通訊作者。德國(guó)馬普植物育種研究所Jane E. Parker院士、西湖大學(xué)柴繼杰教授等參與了本項(xiàng)研究。該研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、農(nóng)業(yè)生物育種重大專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃等的資助。

分子植物卓越中心博士研究生于華、徐煒瑩和陳思思為論文"Activation of a helper NLR by plant and bacterial TIR immune signaling"的共同第一作者，萬(wàn)里研究員為通訊作者。該研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張余研究員的合作和支持。同時(shí)，該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、植物性狀形成與塑造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目等資助。