AI視頻丨水稻“高產(chǎn)又抗病”的關(guān)鍵基因被找到

▲視頻中部分內(nèi)容由AI生成（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心）

氣候變暖、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，加上水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異快，水稻白葉枯病已經(jīng)蔓延到主要稻區(qū)，影響水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。挖掘抗病基因、改良育種，對(duì)保障糧食安全具有重要意義。

近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心等克隆出白葉枯病廣譜抗病基因Xa48，首次闡明廣譜持久抗白葉枯病NLR免疫受體與病原菌分泌的毒性蛋白激發(fā)免疫的新模型，揭示XA48在作物馴化中協(xié)調(diào)生長(zhǎng)與免疫的分子基礎(chǔ)。

研究還證實(shí)，疊加基礎(chǔ)抗性與病菌小種?；钥共【W(wǎng)絡(luò)，可以重構(gòu)野生稻廣譜抗性并維持高產(chǎn)性狀。

01

解鎖水稻抗病分化

作物在被人類馴化的過(guò)程中，抗病能力會(huì)根據(jù)環(huán)境被選擇性保留，以在產(chǎn)量和抗病之間找到平衡。但人們至今還沒(méi)完全弄清楚，這些抗病性狀具體是怎樣被人工差異化選擇出來(lái)的。

已克隆的水稻抗白葉枯病抗病基因Xa，多源自野生稻或感病基因突變，說(shuō)明馴化中抗性或發(fā)生功能丟失，此外秈稻和粳稻田間抗病性差異顯著且存在生殖隔離。因此，厘清水稻馴化及亞種形成過(guò)程中抗病基因的選擇模式，對(duì)水稻高產(chǎn)抗病育種至關(guān)重要。

團(tuán)隊(duì)篩選大量水稻資源，利用能“攻破”首個(gè)克隆的白葉枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在秈稻品種雙科早中鑒定出新的白葉枯病抗病基因Xa48，并發(fā)現(xiàn)其編碼一個(gè)免疫受體蛋白。Xa21主要抵御東南亞病原菌變種，而Xa48針對(duì)東北亞變種。

團(tuán)隊(duì)還鑒定出對(duì)應(yīng)的病原菌效應(yīng)蛋白（XopG），發(fā)現(xiàn)抗病蛋白識(shí)別病原菌效應(yīng)蛋白后，會(huì)降解下游免疫抑制蛋白，從而激活免疫反應(yīng)。

02

外因?qū)е路只?/strong>

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步解析了抗病基因在秈稻和粳稻中的差別馴化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Xa48-OsVOZ1模塊顯著影響粳稻產(chǎn)量。歷經(jīng)千年馴化，這一抗病基因早已從粳稻基因組中消失，僅保留在秈稻資源里。

▲XA48介導(dǎo)的免疫信號(hào)通路及 Xa48-OsVOZ1 免疫模塊的馴化規(guī)律

究其緣由，秈稻多種植于長(zhǎng)江以南白葉枯病高發(fā)區(qū)，粳稻則分布在長(zhǎng)江以北水患較少區(qū)域。

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉體系完善，長(zhǎng)江以北水稻白葉枯病顯著減少，而東南亞受臺(tái)風(fēng)、洪水影響，病原菌壓力大，抗病基因僅留存于部分南方秈稻里。

03

助力良種培育

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了水稻白葉枯病抗性綜合研究平臺(tái)，依托長(zhǎng)期遺傳育種選擇與植物病理學(xué)研究，建立了基礎(chǔ)抗病加?；钥共f(xié)同的免疫研究體系，解析了二者在作物免疫應(yīng)答中的作用機(jī)制。

雜交聚合兩種抗性的水稻新品系，在經(jīng)歷臺(tái)風(fēng)、洪水等極端脅迫后，仍能在不同稻區(qū)保持穩(wěn)定抗性，且不影響產(chǎn)量等重要農(nóng)藝性狀。這在作物層面首次證實(shí)，兩個(gè)免疫網(wǎng)絡(luò)疊加，可以重構(gòu)野生稻的廣譜抗病性，為作物病害綠色防控提供了新思路。

這一成果為植物保護(hù)和生物育種研究提供了重要理論支撐。同時(shí)，相關(guān)成果已落地到多家育種單位。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10361-6

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

責(zé)任編輯：侯茜