中科院何祖華研究組發表Science文章

　　2017年2月2日，國際著名學術期刊《科學》在線發表了中科院上海植物生理生態研究所何祖華研究組題與合作者完成的關于水稻持久廣譜抗病的最新研究成果為“Epigenetic regulation of antagonistic receptors confers rice blast resistance with yield balance”的研究論文。該研究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量平衡的表觀調控新機制。

　　 稻瘟病是真菌(Magnaporthe oryzae)引起，水稻最重要病害之一。分布在全國乃至世界各稻區，可引起水稻大幅度減產，嚴重時減產40%～50%，甚至顆粒無收，因此我國水稻新品種審定從2008年開始實行稻瘟病抗性的“一票否決”制。控制這個病害最經濟有效的方法是發掘和利用新的廣譜持久抗病資源進行選育廣譜抗病新品種。截至目前，已有25個抗稻瘟病基因被克隆和功能鑒定，但絕大部分抗譜窄，帶這些基因的抗病品種一般推廣3年后就被稻瘟病菌克服喪失抗性，在水稻抗病育種上應用價值受到很大限制。另一方面，采用抗病基因聚合方法可以提高水稻抗病性但會影響產量和品質-即存在抗病性代價問題。

　　 為解決這個長期困擾植物病理和育種界的瓶頸問題，中國科學院上海植物生理生態研究所的何祖華團隊與育種家合作，從2002開始，廣泛篩選抗瘟種質，從起源于我國農家品種的育種材料中鑒定了一個廣譜持久抗瘟性新位點Pigm。采用分子遺傳學，分子生物學，生物化學及細胞生物學的手段系統地解析了這個新位點的持久抗病機制。

　　 研究發現，Pigm是一個包含多個NBS-LRR類抗病基因的基因簇。其中只有2個具有功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR在水稻的葉、莖稈、穗等器官組成型的表達，可以自身互作形成同源二聚體，發揮廣譜抗病功能，但PigmR導致水稻千粒重降低，產量下降。與PigmR相反，PigmS受到表觀遺傳的調控，僅在水稻的花粉中特異高表達，在葉片、莖稈等病原菌侵染的組織部位表達量很低，但可以提高水稻的結實率，抵消PigmR對產量的影響。PigmS可以與PigmR競爭形成異源二聚體抑制PigmR介導的廣譜抗病性。但由于PigmS低水平的表達，為病原菌提供了一個“避難所”，病原菌的進化選擇壓力變小，減緩了病原菌對PigmR的致病性進化，因此Pigm介導的抗病具有持久性。利用Pigm改良選育的品種既有廣譜持久抗病性又不影響最終的產量。這個基因已經被國內30多家種子公司和育種單位應用于水稻抗病分子育種，已經有新品種參加區試和品種審定。因此本研究不僅在理論上擴展了植物免疫與抗病性機制的認識，也為作物抗病育種提供了有效的新工具。

　　 該工作主要由中科院上海植物生理生態研究所副研究員鄧一文博士和博士研究生翟科然、謝楨、楊冬勇等在何祖華研究員指導下完成。受中科院先導項目、國家轉基因新品種培育重大專項、國家自然科學基金委等資助。

　　作者簡介：

　　何祖華研究員是著名的植物生理學和病理學家，是國家杰出青年基金獲得者，國家“973項目”首席科學家。主要開展模式植物（水稻和擬南芥）抗病調控基因的克隆與信號轉導，植物抗病反應與發育的交互作用等研究。近年來在Science、Nature Biotechnology、Nature Genetics、PNAS、Plant Cell等頂級期刊發表多篇重要研究成果。