揭開水稻“癌癥”的神秘面紗

編輯|孫潔

揭開水稻“癌癥”的神秘面紗

編輯|孫潔

水稻是世界約一半人口的口糧。稻瘟病是水稻重大病害之一，可引起大幅度減產，嚴重時減產40%～50%，甚至顆粒無收。稻瘟病可能發生在省域內的任何年頭、任何季節，防治非常困難，而且世界各稻區均有發生，其中以葉部、節部發生為多，發生后可造成不同程度減產，尤其穗頸瘟或節瘟發生早而重，可造成白穗以致絕產。近年來，廣東稻瘟病年發生面積不少于50萬畝，而且出現逐年增加趨勢，局部大爆發并不少見。嚴重影響水稻的產量和品質，被稱為水稻“癌癥”。

長期以來，各國科學家致力于發現不同的抗病基因，導入材料中形成具有抗性的水稻品種，但是隨著病源菌不斷進化，抗病基因也需要不斷更新，不然就會失去作用。

稻瘟病非病源菌小種特異抗性具有抗譜廣和抗病持久的特點，在水稻抗病育種應用中發揮著極其重要的作用。

2017年6月29日，四川農業大學陳學偉教授帶領水稻重大病害抗性機制與應用團隊了“一個轉錄因子的天然變異賦予水稻對稻瘟病的廣譜抗性”研究論文，該研究通過大數據分析與遺傳、生化、病理等實驗方法和技術手段相結合，挖掘了對稻瘟病的新型廣譜高抗的水稻遺傳資源，闡明了新型廣譜持久抗病的分子機理。這項科研為攻克世界難題稻瘟病提供了新途徑。

陳學偉研究團隊經過多年研究，利用廣譜高抗水稻地谷與基因組已經測序的66份非廣譜抗病水稻進行GWAS（全基因組關聯）分析，并應用高抗水稻地谷與高感材料麗江新團黑谷為親本構建的重組自交系（抗病性經多年田間自然誘發和苗期接種鑒定）進行共相關分析，發現了編碼C2H2類轉錄因子的基因Bsr-d1的啟動子自然變異后對稻瘟病具有廣譜持久的抗病性。這項研究可以有效提高對稻瘟病的抗病免疫能力，如果把目前廣泛使用的抗病基因方式比作“服預防藥式”防治，那么天然變異位點的方式則可稱為“提高免疫水平式”的防治，可以有效避免病源菌進化導致的抗病能力失效的問題。

“該等位變異在提高抗病性的同時，對產量性狀和稻米品質沒有明顯影響，”陳學偉介紹說，這也是它具有十分重要的應用價值的地方。

分析發現全球收集的3000份水稻中有分布于26個國家的313份水稻資源含有該變異位點，表明該位點在育種應用中已獲得一定程度的選擇，同時也表明該位點還有更大的應用空間。

進一步分析發現在地谷中，基因Bsr-d1的啟動子區域因一個關鍵堿基變異，導致上游MYB轉錄因子對Bsr-d1的啟動子結合增強，從而抑制Bsr-d1響應稻瘟病菌誘導的表達，并導致BSR-D1直接調控的H2O2降解酶基因表達下調，使H2O2降解減弱，細胞內H2O2富集，提高了水稻的免疫反應和抗病性。

由于先前在水稻等植物中尚未報道過C2H2轉錄因子和MYB轉錄因子如何協調減弱H2O2的降解來提高廣譜抗病性。這一新型廣譜抗病機制的發現極大地豐富了水稻免疫反應和抗病分子理論基礎。

此次研究挖掘了對稻瘟病的新型廣譜高抗的水稻遺傳資源，闡明了新型廣譜持久抗病的分子機理。為水稻稻瘟病廣譜抗病育種提供了重大理論和應用基礎，也為小麥、玉米等糧食作物相關新型抗病機理的研究和應用提供了重要借鑒。