本報上海5月15日電（記者顏維琦）水稻是主糧，糧食安全是國家安全的重要基礎(chǔ)。水稻生產(chǎn)中面臨的挑戰(zhàn)不容忽視：一是其生長過程中常常受到稻瘟病菌等病原真菌的侵擾，過度依賴化學(xué)農(nóng)藥，會對環(huán)境和食品安全構(gòu)成威脅；二是水稻對磷、氮等營養(yǎng)元素的巨大需求，導(dǎo)致過度施肥。因此，深入探索水稻免疫和共生的機制，提高作物抗病性和營養(yǎng)吸收，是農(nóng)作物育種的重要方向。

記者從中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心王二濤團隊、張余團隊以及何祖華院士團隊在水稻免疫機制研究上取得重大突破。5月15日，該成果以“水稻通過釋放泛素制動器來激活由OsCERK1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)”為題，在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，為深入理解植物如何巧妙使用免疫系統(tǒng)這把“雙刃劍”協(xié)調(diào)抗病、共生和生長的平衡奠定理論基礎(chǔ)。

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員王二濤介紹，促進水稻營養(yǎng)吸收和生長的叢枝菌根菌與對水稻造成毀滅性病害的稻瘟病菌均屬于真菌界。它們的細胞表面都覆蓋著一種名為幾丁質(zhì)的多聚糖類物質(zhì)。植物通過區(qū)分幾丁質(zhì)的分子“長短”，來作出反應(yīng)——短鏈幾丁質(zhì)會誘導(dǎo)共生信號，而長鏈幾丁質(zhì)則會觸發(fā)植物的抗病免疫反應(yīng)。水稻細胞表面的關(guān)鍵受體蛋白OsCERK1能夠辨別“長短”信號，進而誘導(dǎo)免疫或共生反應(yīng)的發(fā)生。但水稻體內(nèi)是如何有效調(diào)控這一免疫反應(yīng)的，一直是有待揭曉的謎團。

研究發(fā)現(xiàn)了一種名為OsCIE1的調(diào)控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。王二濤用剎車作比方：“在無病原菌侵染的時期，OsCIE1如同踩下‘剎車’，將一種名為泛素的小蛋白分子連接到OsCERK1蛋白表面，抑制其激酶活性，防止免疫過度激活。當(dāng)水稻面臨病原真菌入侵時，真菌細胞壁上的長鏈幾丁質(zhì)迅速誘導(dǎo)激酶活性。該激酶將磷酸基團分子添加至OsCIE1蛋白表面的關(guān)鍵區(qū)域，抑制OsCIE1限制OsCERK1的能力，如同松開‘剎車’。此時，免疫信號通路被OsCERK1成功激活，啟動植物免疫反應(yīng)，抵抗病原菌的侵染。”

科研人員通過合作利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法，精確鑒定了控制OsCIE1“剎車”松緊的關(guān)鍵位點Ser237。當(dāng)這一位點被OsCERK1磷酸化修飾時，如同釋放剎車，OsCERK1便可展現(xiàn)其威力，積極抵御外敵。而一旦該位點未被磷酸化，“剎車”將再次發(fā)揮作用。借助這一機制，水稻得以協(xié)調(diào)自身對共生菌與病原菌的反應(yīng)，控制水稻菌根共生的建立，并利用其發(fā)達的菌根網(wǎng)絡(luò)協(xié)助水稻更高效地吸收磷、氮等關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)，促進水稻生長發(fā)育，由此在抗病、共生和產(chǎn)量中實現(xiàn)平衡。

王二濤研究員、張余研究員和何祖華院士作為文章共同通訊作者，王二濤研究組的博士后王鋼、博士生陳曦以及張余研究組的已畢業(yè)博士生俞承志作為共同第一作者。該研究不僅闡明了植物協(xié)同調(diào)節(jié)免疫、共生和生長發(fā)育的分子機制，也為未來綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了基因資源。據(jù)介紹，菌根共生新型水稻的試種工作正在江西開展，科學(xué)家針對玉米、小麥的共生/免疫調(diào)控機制應(yīng)用研究也在進行。