中国科学家在水稻免疫机制调控领域取得重大突破

发布时间：2024-06-26

“免疫”和“共生”，如何选择“对”的真菌？
——中国科学家在水稻免疫机制调控领域取得重大突破

 

　　近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队、张余团队以及何祖华院士团队在水稻免疫机制研究上取得了重大突破。该成果以“Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice（水稻通过释放泛素制动器来激活由OsCERK1介导的免疫反应）”为题，在国际顶级学术期刊《自然》上发表。文章揭示了水稻如何在抵抗稻瘟病真菌的同时，与可以促进作物吸收营养的丛枝菌根真菌建立共生关系的作用机制。这项研究为深入理解植物巧妙使用免疫系统来协调抗病、共生和生长的平衡奠定了理论基础，为未来绿色农业生产提供了基因资源。

　　植物从土壤中吸收营养有两种重要途径，一是根部直接吸收，二是从与共生微生物合作获取营养。有效利用植物与微生物的共生关系，提高水稻、玉米、大豆等粮食作物对肥料的吸收效率，可以减少化肥投入。值得注意的是，促进水稻营养吸收和生长的丛枝菌根菌与对水稻造成毁灭性病害的稻瘟病菌均属于真菌。此前的研究发现，植物为抵抗病原真菌引发的免疫反应，和与丛枝菌根真菌建立的共生关系，都与水稻细胞表面的关键受体蛋白OsCERK1紧密关联。也就是说，OsCERK1同时调控水稻的免疫和共生反应。深入探索水稻免疫和共生的机制，提高作物抗病性和营养吸收效率，是农作物育种的重要方向之一，对推动绿色农业发展有着重要意义。

　　真菌的细胞表面都覆盖着一种名为几丁质的多聚糖类物质，植物根据几丁质的长短来区分对方是有益还是有害微生物。短链几丁质可以作为共生信号，而长链几丁质则会触发植物的抗病免疫反应。水稻细胞表面的关键受体蛋白OsCERK1能够辨别是免疫还是共生信号，从而“触发”植物的共生或免疫反应。若OsCERK1触发的免疫反应过度，虽然水稻对病原菌的抵抗力增强了，但也阻碍了植物生长和与互惠菌根共生的建立，导致水稻产量大幅下降。水稻体内如何有效维持抗病与共生的平衡，一直是尚待揭晓的谜团。

　　本次研究发现，水稻体内存在一个“紧箍圈”——一种名为OsCIE1的调控蛋白，它的作用是束缚OsCERK1的活性。科研人员还利用结构生物学方法，精确鉴定了OsCERK1将OsCIE1磷酸化的关键位点Ser237。Ser237是OsCIE1蛋白质序列排序第237位的丝氨酸，当它被OsCERK1磷酸化时，“紧箍咒”失效，OsCERK1便可展现其“威力”，积极抵御外敌。如果Ser237位点未被磷酸化，“紧箍咒”就发挥作用，OsCERK1处于平静状态。

　　分子植物卓越中心王二涛研究员、张余研究员和何祖华院士作为文章共同通讯作者，王二涛研究组的博士后王钢、博士生陈曦以及张余研究组的已毕业博士生俞承志作为共同第一作者。王二涛研究团队多年来致力于植物与微生物共生机理和应用的创新研究，并在该领域取得了丰硕的研究成果，不仅揭示了植物识别区分共生菌与病原菌的分子机制，也为作物通过微生物高效获取营养奠定了坚实的基础。







来源：农民日报·中国农网