绿色防控：中国科学家发现让水稻广谱抗病更“皮实”的小分子

中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队在田间试验。

像人一样，植物也会染病、“感冒”“发烧”，甚至死亡。其中，有些病还是绝症，无“药”可医。

科学家们为植物找“药”，尤其是为农作物找药。

2006年-2020年，中国主要粮食作物病虫害面积达4-5亿公顷，造成减产。为了控制农作物病虫害，人们大量使用化学农药，对生态环境和人类健康造成威胁。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心、复旦大学以及浙江大学相关科研团队合作，面向国家重大需求，在水稻等农作物广谱抗病领域取得重要突破，有望为农作物病虫害绿色防控提供育种靶标和生物农药。

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研究人员除了发现一个广谱抗病的重要靶基因及信号通路EPA，可以帮助高效育种，改变一个基因，就能让水稻等农作物更“皮实”，能抵抗多种病害；还发现一种调控上述信号通路的小分子2'cADPR，有望被开发成为新型生物农药。

两篇相关研究论文于11月8日凌晨以“背靠背”形式在线发表在国际学术期刊《科学》（Science）上。

有审稿人评论称，上述发现大大推动了人们对植物免疫过程的认识。

前述两篇最新发表的论文都解析了植物体内名为EPA免疫复合体的高分辨率结构，并从原子层面上发现提高植物抗病性的方法。

但两个研究团队的起点不同。

OsTIR论文第一作者合影。从左往右依次是：刘继云、李魁、雷子耀、赵国燕、徐炜莹、武越。

20亩田里筛选出突变体，再花14年解开其突变表型背后的广谱抗病分子机制，从而让罕见表型“开枝散叶”。中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队、张余研究员团队，复旦大学高明君研究员团队以及浙江大学邓一文教授团队合作，以水稻为主要研究对象，采用化学诱变和物理诱变广谱抗病水稻材料rod1，经过大规模田间表型鉴定筛选，共获得18个感病突变株系，随后一步步锁定到EPA信号通路和其免疫功能，并首次报道禾本科作物的细胞内感受器OsTIR的分子生化功能。该研究揭示了一个五组分的信号网络调控植物免疫稳态的分子机制，为培育广谱抗多种病原菌的作物新品种提供重要的理论基础和靶标基因。

分子植物卓越中心博士研究生武越、徐炜莹、雷子耀，高级工程师刘继云，上海科技大学博士研究生赵国燕以及复旦大学博士研究生李魁是相关论文的共同第一作者。

聚焦植物免疫过程中的小分子，中国科学院分子植物卓越中心万里研究员团队以形如小草的拟南芥为主要研究对象，研究发现小分子2'cADPR经过转化，可以激活EPA免疫复合体，提高植物抗病性。而且，2'cADPR性质相对稳定，适合开发作为植物免疫激活剂。这一发现为发展绿色农业提供了一种能够激发农作物广谱抗病性的新型“生物农药”，从而有望部分替代化学农药，减少对生态环境的负面影响。

中国科学院分子植物卓越中心万里研究员及文章第一作者合影。从左往右依次是：徐炜莹、于华、万里、陈思思。

此外，万里团队还发现，一些细菌也可以产生2'cADPR，并激活植物的相关免疫反应。这揭示了植物和细菌免疫通路交互的分子机理。

分子植物卓越中心博士研究生于华、徐炜莹和陈思思是相关论文的共同第一作者。

11月7日，万里研究员向澎湃科技表示，目前通过无人机喷洒的方法，在测试2'cADPR对提高水稻、小麦等农作物抗病性的效果。未来有望实现研究成果的转化。

“我觉得植物是非常聪明的。长期的演化进程让植物能更经济和高效地适应外界环境。有些植物蛋白只需要保留关键的保守结构域，就可以完成其重要功能。水稻的TIR蛋白就是一个典型的例子。”“可能还有很多这种类似的现象期待我们去挖掘，背后的机制可能还很丰富。”邓一文教授向澎湃科技表示。

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