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科學(xué)家揭示植物抗病性與繁殖力平衡機(jī)制

所屬分類: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(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》在線發(fā)表論文,揭示了水稻鈣離子感受器ROD1精細(xì)調(diào)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(zhǎng)和產(chǎn)量性狀。

水稻是我國重要的糧食作物之一。但近年來,水稻病蟲害發(fā)生情況嚴(yán)重,對(duì)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。但高抗的水稻品種往往生長(zhǎng)發(fā)育受到限制,導(dǎo)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(zhǎng)發(fā)育的平衡?此外,面對(duì)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(fù)進(jìn)攻?

研究人員發(fā)現(xiàn)ROD1作為一個(gè)新的植物免疫抑制中樞,通過降解具有免疫活性的超氧分子(ROS),從而抑制植物的防衛(wèi)反應(yīng)。因此,在沒有病原菌侵染時(shí),植物的基礎(chǔ)免疫維持在較低水平,有利于水稻生殖生長(zhǎng),進(jìn)而提高產(chǎn)量。但當(dāng)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(wèi)反應(yīng),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(zhǎng)期處于“軍備競(jìng)賽”的協(xié)同進(jìn)化過程中。研究發(fā)現(xiàn)水稻稻瘟病菌會(huì)進(jìn)化出模擬ROD1結(jié)構(gòu)的毒性蛋白,在植物體內(nèi)盜用ROD1的免疫抑制途徑,實(shí)現(xiàn)侵染的目的。由于植物無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:通過適當(dāng)減弱植物的抗病能力,來保證其生長(zhǎng)繁殖、延續(xù)后代,讓植物抗病性與繁殖力維持相對(duì)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(hào)如何激活植物免疫的問題,但這項(xiàng)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(jié)構(gòu)模擬介導(dǎo)的協(xié)同進(jìn)化機(jī)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(bào)》,該研究..說明作物能夠選擇與氣候或栽培條件相適應(yīng)的免疫策略,讓植物抗病能力與生長(zhǎng)發(fā)育即環(huán)境適應(yīng)性達(dá)到..平衡。

該研究組進(jìn)一步挖掘ROD1的育種應(yīng)用價(jià)值,通過對(duì)3000多種不同水稻品種的基因序列分析,發(fā)現(xiàn)ROD1單個(gè)氨基酸的改變可以影響其抗性和地理分布,說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(chǔ)。(黃辛)

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