侯樹文 科技日報記者 王春
在與病原菌長期的斗爭中，植物進化出了基礎抗病性免疫反應（PTI）和專業化性抗病性免疫反應（ETI）兩層免疫系統作為防衛武器。這兩種武器各有優劣，PTI具有廣譜性，但是殺傷力弱；ETI雖然戰斗力強，但是殺傷范圍比PTI小。植物在與病原菌的長期戰斗中，使PTI和ETI相互促進，共同組成植物對陣病原菌的防衛工事。
12月16日，國際學術期刊《自然》在線發表中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華研究團隊完成的題為“NLR免疫受體植物防衛代謝并協同免疫反應”的研究論文，揭示了一條全新的植物基礎免疫代謝調控網絡，水稻廣譜抗病NLR免疫受體蛋白通過保護初級防衛代謝通路免受病原菌攻擊，協同整合PTI和ETI兩層免疫系統，賦予水稻廣譜抗病性的新機制。
稻瘟病是水稻的“癌癥”，它會造成水稻的減產甚至絕產。我國每年因稻瘟病發病直接損失稻谷約30億公斤。目前利用化學農藥對田間病害進行防治的方法，造成了嚴重的環境污染和食品安全問題。因此，挖掘和培育新的廣譜持久抗病品種是控制稻瘟病最為經濟、安全和有效的方法。
乙烯是水稻自身產生抗稻瘟病的防衛激素，持續不斷的乙烯供應是水稻取得全面勝利的必要條件。何祖華團隊在研究中重點尋找共同參與調控PTI和ETI的基因位點，最后發現了能夠加速乙烯生產供應的化學裝備——一種新的水稻免疫調控蛋白PICI1。
PICI1與乙烯之間到底有著怎樣的生產關系呢？據何祖華介紹，PICI1既作用于PTI，也作用于其他免疫受體。同時他們首次鑒定PICI1具有去泛素化的生化功能，意味著其能夠增強底物蛋氨酸甲硫氨酸合成酶OsMETＳ的蛋白穩定性。而乙烯前體就是蛋氨酸。
PICI1通過增強蛋氨酸合成酶的蛋白穩定性，強化蛋氨酸的合成，促進防衛激素乙烯的生物合成，從而調控PTI。也就是說，擁有了PICI1，水稻就擁有了持久供應水稻防衛激素——乙烯的兵工廠或生產線。
但道高一尺魔高一丈，病原菌能夠通過分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的PTI，使之有利于病原菌的入侵。
那么植物“軍團”就拿病原菌沒有辦法了嗎？植物細胞內的免疫受體NLR可以感知病原菌的毒性蛋白，觸發新的免疫反應，即ETI。研究團隊進一步研究發現，NLR受體可以通過抑制病原菌毒性蛋白與PICI1的互作，保護和加強PICI1的功能，進而激活更多防衛化學物質（蛋氨酸-乙烯）的合成，以獲得廣譜抗病性。
“PICI1相當于一個戰略要地，病原菌毒性蛋白的目的是要降解PICI1，水稻自身的抗病蛋白NLR則是來保護它，只要有對應的NLR就可以干擾病原菌毒性蛋白降解PICI1，這就揭示了病原菌毒性蛋白和水稻抗病蛋白之間競爭性互作。”何祖華說。
也就是說，科學家發現了水稻將PTI和ETI相結合，產生廣譜持久抗瘟的生化反應生產線，即NLR-PICI1-OsMETＳ調控蛋氨酸-乙烯。由此得出，PICI1-NLR是水稻廣譜抗瘟的育種靶標。通過加強水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化學防衛代謝網絡，有望達到水稻廣譜持久抗稻瘟病的目的，并降低農藥的施用，為農業生產的可持續發展提供新的策略。
PICI1-OsMETS介導的基礎代謝免疫調控模型。主辦方供圖
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