水稻“高产又抗病”的关键基因被找到

发布时间: 来源：中国科学院

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视频中部分内容由AI生成（来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心）

气候变暖、台风频发，加上水稻主栽品种抗源单一、病原菌变异快，水稻白叶枯病已经蔓延到主要稻区，影响水稻高产稳产。挖掘抗病基因、改良育种，对保障粮食安全具有重要意义。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心等克隆出白叶枯病广谱抗病基因Xa48，首次阐明广谱持久抗白叶枯病NLR免疫受体与病原菌分泌的毒性蛋白激发免疫的新模型，揭示XA48在作物驯化中协调生长与免疫的分子基础。研究还证实，叠加基础抗性与病菌小种专化性抗病网络，可以重构野生稻广谱抗性并维持高产性状。

作物在被人类驯化的过程中，抗病能力会根据环境被选择性保留，以在产量和抗病之间找到平衡。但人们至今还没完全弄清楚，这些抗病性状具体是怎样被人工差异化选择出来的。

已克隆的水稻抗白叶枯病抗病基因Xa，多源自野生稻或感病基因突变，说明驯化中抗性或发生功能丢失，此外籼稻和粳稻田间抗病性差异显著且存在生殖隔离。因此，厘清水稻驯化及亚种形成过程中抗病基因的选择模式，对水稻高产抗病育种至关重要。

团队筛选大量水稻资源，利用能“攻破”首个克隆的白叶枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在籼稻品种双科早中鉴定出新的白叶枯病抗病基因Xa48，并发现其编码一个免疫受体蛋白。Xa21主要抵御东南亚病原菌变种，而Xa48针对东北亚变种。

团队还鉴定出对应的病原菌效应蛋白（XopG），发现抗病蛋白识别病原菌效应蛋白后，会降解下游免疫抑制蛋白，从而激活免疫反应。

团队进一步解析了抗病基因在籼稻和粳稻中的差别驯化机制，发现Xa48-OsVOZ1模块显著影响粳稻产量。历经千年驯化，这一抗病基因早已从粳稻基因组中消失，仅保留在籼稻资源里。

究其缘由，籼稻多种植于长江以南白叶枯病高发区，粳稻则分布在长江以北水患较少区域。

随着我国农业灌溉体系完善，长江以北水稻白叶枯病显著减少，而东南亚受台风、洪水影响，病原菌压力大，抗病基因仅留存于部分南方籼稻里。

研究团队构建了水稻白叶枯病抗性综合研究平台，依托长期遗传育种选择与植物病理学研究，建立了基础抗病加专化性抗病协同的免疫研究体系，解析了二者在作物免疫应答中的作用机制。

杂交聚合两种抗性的水稻新品系，在经历台风、洪水等极端胁迫后，仍能在不同稻区保持稳定抗性，且不影响产量等重要农艺性状。这在作物层面首次证实，两个免疫网络叠加，可以重构野生稻的广谱抗病性，为作物病害绿色防控提供了新思路。

这一成果为植物保护和生物育种研究提供了重要理论支撑。同时，相关成果已落地到多家育种单位。

相关研究成果发表在《自然》（Nature）上。

论文链接

XA48介导的免疫信号通路及Xa48-OsVOZ1免疫模块的驯化规律

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