中科院微生物所叶健团队揭示氮素调控水稻对病毒抗性的分子机制

近几十年来，主要作物水稻的产量取得了显著增长，但这一成就的代价是仅水稻一种作物就消耗了全球近三分之一的氮肥和一半以上的水资源。面对全球气候变化与多重胁迫挑战，农业生产正经历前所未有的考验。未来绿色可持续农业提倡培育推广 节水低肥 水稻品种，这一资源投入转变将深刻改变水稻的生长环境，使其可能需要适应长期低硝酸盐条件。

前期，中国科学院微生物研究所叶健团队 前期与南京农业大学万建民院士团队合作鉴定出硝酸盐转运蛋白OsNPF6.1的优异单倍型可以显著提高 低氮条件 下的水稻产量。在此基础上，叶健团队 联合方荣祥院士团队在Plant, Cell & Environment发表 题为“A nitrate transporter OsNPF6.1 promotes nitric oxide signaling and virus resistance”的 研究 成果 ， 揭示 了 低硝态氮 使用提高水稻对病毒抗性的分子机制，为 指导作物分子设计 和合理施肥 ， 保障我国粮食安全提供新的科学依据 。

研究表明， 当 水稻 遭遇水稻条纹病毒（RSV）攻击时， OsNPF6.1 上调表达 ，促进 硝态氮 摄取， 随后激活硝酸还原酶 基因 OsNR2 ，催化生成免疫信使一氧化氮（NO），最终启动抗病毒基因表达程序。 然而， RSV病毒进化出 “ 反制武器 ” ——病害特异蛋白（SP） ， 直接 靶向 OsNPF6.1 蛋白，阻碍其硝酸盐转运活性， 抑制NO生成，加重病害发生 。 进一步研究 发现，在低硝态氮环境下，OsNPF6.1 第132位苏氨酸可能发生磷酸化修饰，从而改变其生物构象， 减弱与SP的相互作用，使这个 “ 抗病开关 ”巧妙地 逃逸病毒干扰 。该研究为开发“精准施氮”的绿色防控策略提供了潜在靶点。

NPF6.1-NO信号级联通路在RSV抗性中的作用模型

“ 这就像揭开了植物世界的 ‘ 氮语密码 ’” 论文通讯作者叶健研究员 解释到 ， “早在 四百 多 年前 的 明代 就有了氨态氮肥的使用促进 稻蹲 （可能是最早记载的一种水稻病毒病害）的记载 ， 且 施肥越多的田块病害越重 ， 我们 的研究 不仅找到了古籍中 过度 施肥 加重 病害的科学解释，更发现了用氮肥 ‘ 编程 ’ 作物抗病性的新可能。 ”

该系列研究成果为破解“抗病-高产-低肥”矛盾提供了新思路：通过推广OsNPF6.1优异单倍型水稻并适当减施硝态氮肥，可能在维持较高产量与抗病性的同时，减少氮肥滥用造成的环境污染。

中国科学院微生物研究所博士毕业生徐爽、研究生韦一帆为论文第一作者，微生物所叶健研究员与方荣祥院士为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学 基金重大及杰青等项目的资助。

参考文献：

Tang W, Ye J, Yao X, Zhao P, Xuan W, Tian Y, Zhang Y, Xu S, An H, Chen G, Yu J, Wu W, Ge Y, Liu X, Li J, Zhang H, Zhao Y, Yang B, Jiang X, Peng C, Zhou C, Terzaghi W, Wang C, Wan J. Genome-wide associated study identifies NAC42-activated nitrate transporter conferring high nitrogen use efficiency in rice. Nat Commun. 2019 Nov 21;10(1):5279. doi: 10.1038/s41467-019-13187-1.

明·冯汝弼.《祐山杂说》.“嘉靖二十三年(1544年),平湖、海盐大荒,五、六月,禾苗盛长,至七月,即蹲缩黄萎,粪多者尤甚。”

http://doi.org/10.1111/pce.15626