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科學(xué)家揭示植物抗病性與繁殖力平衡機制

所屬分類(lèi):時(shí)事聚焦    發(fā)布時(shí)間: 2021-10-08    作者:西安新巨力流體工程
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近日,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隊在《細胞》在線(xiàn)發(fā)表論文,揭示了水稻鈣離子感受器ROD1精細調控水稻免疫,從而降低水稻因廣譜抗病引發(fā)的生存代價(jià),平衡水稻抗病性與生殖生長(cháng)和產(chǎn)量性狀。

水稻是我國重要的糧食作物之一。但近年來(lái),水稻病蟲(chóng)害發(fā)生情況嚴重,對我國農業(yè)生產(chǎn)和糧食安全構成嚴重威脅。但高抗的水稻品種往往生長(cháng)發(fā)育受到限制,導致產(chǎn)量降低。那么,如何在提高水稻抗病性的同時(shí)不影響其產(chǎn)量性狀,維持好植物抗病與生長(cháng)發(fā)育的平衡?此外,面對病原菌的不斷進(jìn)化,如何讓植物的免疫屏障有效抵御不同病原菌的反復進(jìn)攻?

研究人員發(fā)現ROD1作為一個(gè)新的植物免疫抑制中樞,通過(guò)降解具有免疫活性的超氧分子(ROS),從而抑制植物的防衛反應。因此,在沒(méi)有病原菌侵染時(shí),植物的基礎免疫維持在較低水平,有利于水稻生殖生長(cháng),進(jìn)而提高產(chǎn)量。但當病原菌侵染時(shí),植物進(jìn)化出了聰明的免疫激發(fā)新途徑:通過(guò)降解ROD1減弱其功能,保證植物在抵御病原菌時(shí)能產(chǎn)生有效的防衛反應,不至于迅速發(fā)病枯死,并能繁殖后代。

另一方面,病原菌和植物長(cháng)期處于“軍備競賽”的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中。研究發(fā)現水稻稻瘟病菌會(huì )進(jìn)化出模擬ROD1結構的毒性蛋白,在植物體內盜用ROD1的免疫抑制途徑,實(shí)現侵染的目的。由于植物無(wú)法逃避病原菌的侵染,因此進(jìn)化出了與病原菌共同生存的策略:通過(guò)適當減弱植物的抗病能力,來(lái)保證其生長(cháng)繁殖、延續后代,讓植物抗病性與繁殖力維持相對平衡的水平。這就是植物聰明的生存之道。

“以往相關(guān)研究聚焦了鈣離子信號如何激活植物免疫的問(wèn)題,但這項成果揭示了一條以鈣離子受體ROD1為核心的免疫抑制新通路,以及植物與病原菌利用蛋白質(zhì)結構模擬介導的協(xié)同進(jìn)化機制,為植物免疫領(lǐng)域研究提供重要的新啟示?!焙巫嫒A告訴《中國科學(xué)報》,該研究..說(shuō)明作物能夠選擇與氣候或栽培條件相適應的免疫策略,讓植物抗病能力與生長(cháng)發(fā)育即環(huán)境適應性達到..平衡。

該研究組進(jìn)一步挖掘ROD1的育種應用價(jià)值,通過(guò)對3000多種不同水稻品種的基因序列分析,發(fā)現ROD1單個(gè)氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布,說(shuō)明作物抗病性受地域起源的選擇,豐富了作物馴化的理論基礎。(黃辛)

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