Science Bulletin | 中国农科院植保所揭示聚合基础免疫关键基因和抗病基因提升水稻抗病新机制

近日，中国农业科学院植物保护研究所作物病原生物功能基因组研究创新团队在国际知名学术期刊Science Bulletin上在线发表了题为Pyramiding basal immunity and effector-triggered immunity to achieve broad-spectrum disease resistance in rice的研究论文。该研究创新性地将植物基础免疫关键基因和抗病基因进行聚合，培育出广谱抗病水稻新材料，为作物抗病分子育种开辟了新路径。

植物基础免疫反应表现对多种病原菌的广谱抗性，但强度相对较弱；抗病基因（R）介导的特异性免疫反应赋予完全抗性，但仅对特定病原小种有效。多种植物中过表达基础免疫核心正调控因子NPR1均能实现广谱抗性，但伴随植株生长抑制和产量下降，限制了其在育种中的应用。水稻抗稻瘟病基因Piz-t对包含AvrPiz-t的稻瘟菌小种表现完全抗性，但不能识别稻瘟菌其它小种或其它病原菌。

研究发现Piz-t与OsNPR1相互作用，敲除OsNPR1会削弱基础免疫，但并未破坏Piz-t介导的抗性。将OsNPR1过表达水稻与携带Piz-t的水稻进行杂交聚合，获得新水稻材料（Piz-t×OsNPR1OE）。新材料不仅保持了Piz-t对非亲和稻瘟菌小种的抗性，还显著增强了对亲和稻瘟菌小种和细菌性白叶枯菌（Xoo）的抗病能力。有趣的是，Piz-t能够促进OsNPR1的二聚化，导致新材料部分缓解了OsNPR1过表达引起的植株生长缺陷。研究鉴定OsNPR1二聚化的位点，并证实OsNPR1二聚化是平衡抗病性与生长发育的关键。从而解析Piz-t通过促进OsNPR1二聚化扩展抗病性的分子机制。基于上述发现，团队在育种材料07GY31-Piz-t背景中过表达OsNPR1，创制出兼具广谱抗病性且不影响生长的水稻新种质。该成果不仅为NPR1基因在抗病育种中的应用提供了新策略，也为基础免疫基因和抗病基因聚合实现抗性改良提供了范例。

图1聚合R基因Piz-t和基础免疫关键基因OsNPR1提高水稻广谱抗性

中国农业科学院植物保护研究所和深圳农业基因组研究所联合培养博士后何峰为文章第一作者，中国农业科学院植物保护研究所宁约瑟研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发项目、中国农业科学院科技创新工程、国家自然科学基金和中国博士后基金等项目的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927325013210