揭开水稻“癌症”的神秘面纱

编辑|孙洁

揭开水稻“癌症”的神秘面纱

编辑|孙洁

水稻是世界约一半人口的口粮。稻瘟病是水稻重大病害之一，可引起大幅度减产，严重时减产40%～50%，甚至颗粒无收。稻瘟病可能发生在省域内的任何年头、任何季节，防治非常困难，而且世界各稻区均有发生，其中以叶部、节部发生为多，发生后可造成不同程度减产，尤其穗颈瘟或节瘟发生早而重，可造成白穗以致绝产。近年来，广东稻瘟病年发生面积不少于50万亩，而且出现逐年增加趋势，局部大爆发并不少见。严重影响水稻的产量和品质，被称为水稻“癌症”。

长期以来，各国科学家致力于发现不同的抗病基因，导入材料中形成具有抗性的水稻品种，但是随着病源菌不断进化，抗病基因也需要不断更新，不然就会失去作用。

稻瘟病非病源菌小种特异抗性具有抗谱广和抗病持久的特点，在水稻抗病育种应用中发挥着极其重要的作用。

2017年6月29日，四川农业大学陈学伟教授带领水稻重大病害抗性机制与应用团队了“一个转录因子的天然变异赋予水稻对稻瘟病的广谱抗性”研究论文，该研究通过大数据分析与遗传、生化、病理等实验方法和技术手段相结合，挖掘了对稻瘟病的新型广谱高抗的水稻遗传资源，阐明了新型广谱持久抗病的分子机理。这项科研为攻克世界难题稻瘟病提供了新途径。

陈学伟研究团队经过多年研究，利用广谱高抗水稻地谷与基因组已经测序的66份非广谱抗病水稻进行GWAS（全基因组关联）分析，并应用高抗水稻地谷与高感材料丽江新团黑谷为亲本构建的重组自交系（抗病性经多年田间自然诱发和苗期接种鉴定）进行共相关分析，发现了编码C2H2类转录因子的基因Bsr-d1的启动子自然变异后对稻瘟病具有广谱持久的抗病性。这项研究可以有效提高对稻瘟病的抗病免疫能力，如果把目前广泛使用的抗病基因方式比作“服预防药式”防治，那么天然变异位点的方式则可称为“提高免疫水平式”的防治，可以有效避免病源菌进化导致的抗病能力失效的问题。

“该等位变异在提高抗病性的同时，对产量性状和稻米品质没有明显影响，”陈学伟介绍说，这也是它具有十分重要的应用价值的地方。

分析发现全球收集的3000份水稻中有分布于26个国家的313份水稻资源含有该变异位点，表明该位点在育种应用中已获得一定程度的选择，同时也表明该位点还有更大的应用空间。

进一步分析发现在地谷中，基因Bsr-d1的启动子区域因一个关键碱基变异，导致上游MYB转录因子对Bsr-d1的启动子结合增强，从而抑制Bsr-d1响应稻瘟病菌诱导的表达，并导致BSR-D1直接调控的H2O2降解酶基因表达下调，使H2O2降解减弱，细胞内H2O2富集，提高了水稻的免疫反应和抗病性。

由于先前在水稻等植物中尚未报道过C2H2转录因子和MYB转录因子如何协调减弱H2O2的降解来提高广谱抗病性。这一新型广谱抗病机制的发现极大地丰富了水稻免疫反应和抗病分子理论基础。

此次研究挖掘了对稻瘟病的新型广谱高抗的水稻遗传资源，阐明了新型广谱持久抗病的分子机理。为水稻稻瘟病广谱抗病育种提供了重大理论和应用基础，也为小麦、玉米等粮食作物相关新型抗病机理的研究和应用提供了重要借鉴。