鄧一文
[本刊訊]中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所何祖華研究組與合作者成功克隆了持久廣譜抗稻瘟病基因Pigm,并揭示了水稻廣譜抗病與產(chǎn)量平衡的表觀調(diào)控新機(jī)制。研究成果于2017年2月2日在線發(fā)表于美國Science雜志。
稻瘟病是由真菌Magnaportheoryzae引起的,是水稻最重要的病害之一。稻瘟病分布于中國乃至世界各稻區(qū),可引起水稻大幅減產(chǎn),嚴(yán)重時(shí)減產(chǎn)40%~50%,甚至顆粒無收,因此我國水稻新品種審定從2008年開始實(shí)行稻瘟病抗性的“一票否決”制??刂圃摬『ψ罱?jīng)濟(jì)有效的方法是發(fā)掘和利用新的廣譜持久抗病資源,選育廣譜抗病新品種。至今已克隆出25個(gè)抗稻瘟病基因,由于絕大部分基因的抗病譜較窄,帶有這些基因的抗病品種一般推廣3年后,就因稻瘟病病菌變異導(dǎo)致品種抗性喪失,無法繼續(xù)應(yīng)用。另一方面,采用抗病基因聚合方法雖可提高水稻抗病性,但由于存在抗性代價(jià)問題,往往會(huì)影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。
2002年開始,研究團(tuán)隊(duì)與育種專家合作,廣泛篩選抗瘟種質(zhì)。從起源于我國農(nóng)家品種的育種材料中鑒定出一個(gè)廣譜持久抗瘟性新位點(diǎn)Pigm。采用分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等手段,系統(tǒng)解析了該位點(diǎn)的持久抗病機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),Pigm是一個(gè)包含多個(gè)NBS-LRR類(核苷酸結(jié)合位點(diǎn)一富含亮氨酸重復(fù))抗病基因的基因簇,其中只有2個(gè)基因能產(chǎn)生具功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR在水稻的葉、莖稈、穗等處表達(dá),且可自身互作,形成同源二聚體,發(fā)揮廣譜抗病作用,但會(huì)導(dǎo)致水稻千粒重降低,產(chǎn)量下降。相反,PigmS受到表觀遺傳的調(diào)控,僅在水稻花粉中特異性地高表達(dá),在葉、莖稈等病原菌侵染的部位表達(dá)量很低,但可提高水稻結(jié)實(shí)率,抵消PigmR對(duì)產(chǎn)量的影響。PigmS可與PigmR競(jìng)爭(zhēng),通過形成異源二聚體抑制PigmR介導(dǎo)的廣譜抗病作用,為病原菌提供了一個(gè)“避難所”,病原菌的進(jìn)化選擇壓力變小,減緩了病原菌對(duì)PigmR的致病性進(jìn)化,因此Pigm介導(dǎo)的抗病具有持久性。利用Pigm改良選育的品種既有廣譜持久抗病性又不影響產(chǎn)量,該基因已被國內(nèi)30多家種子公司和育種單位應(yīng)用于水稻抗病分子育種,已有新品種參加區(qū)試和品種審定。因此,該研究不僅在理論上擴(kuò)展了植物免疫與抗病性機(jī)制的認(rèn)識(shí),也為作物抗病育種提供了有效的新工具。