近日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心王二濤團隊、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了重大突破。該成果以“Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice（水稻通過釋放泛素制動器來激活由OsCERK1介導的免疫反應(yīng)）”為題，在國際頂級學術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。文章揭示了水稻如何在抵抗稻瘟病真菌的同時，與可以促進作物吸收營養(yǎng)的叢枝菌根真菌建立共生關(guān)系的作用機制。這項研究為深入理解植物巧妙使用免疫系統(tǒng)來協(xié)調(diào)抗病、共生和生長的平衡奠定了理論基礎(chǔ)，為未來綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了基因資源。
植物從土壤中吸收營養(yǎng)有兩種重要途徑，一是根部直接吸收，二是從與共生微生物合作獲取營養(yǎng)。有效利用植物與微生物的共生關(guān)系，提高水稻、玉米、大豆等糧食作物對肥料的吸收效率，可以減少化肥投入。值得注意的是，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。此前的研究發(fā)現(xiàn)，植物為抵抗病原真菌引發(fā)的免疫反應(yīng)，和與叢枝菌根真菌建立的共生關(guān)系，都與水稻細胞表面的關(guān)鍵受體蛋白OsCERK1緊密關(guān)聯(lián)。也就是說，OsCERK1同時調(diào)控水稻的免疫和共生反應(yīng)。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)吸收效率，是農(nóng)作物育種的重要方向之一，對推動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展有著重要意義。
真菌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)，植物根據(jù)幾丁質(zhì)的長短來區(qū)分對方是有益還是有害微生物。短鏈幾丁質(zhì)可以作為共生信號，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能夠辨別是免疫還是共生信號，從而“觸發(fā)”植物的共生或免疫反應(yīng)。若OsCERK1觸發(fā)的免疫反應(yīng)過度，雖然水稻對病原菌的抵抗力增強了，但也阻礙了植物生長和與互惠菌根共生的建立，導致水稻產(chǎn)量大幅下降。水稻體內(nèi)如何有效維持抗病與共生的平衡，一直是尚待揭曉的謎團。
本次研究發(fā)現(xiàn)，水稻體內(nèi)存在一個“緊箍圈”——一種名為OsCIE1的調(diào)控蛋白，它的作用是束縛OsCERK1的活性?？蒲腥藛T還利用結(jié)構(gòu)生物學方法，精確鑒定了OsCERK1將OsCIE1磷酸化的關(guān)鍵位點Ser237。Ser237是OsCIE1蛋白質(zhì)序列排序第237位的絲氨酸，當它被OsCERK1磷酸化時，“緊箍咒”失效，OsCERK1便可展現(xiàn)其“威力”，積極抵御外敵。如果Ser237位點未被磷酸化，“緊箍咒”就發(fā)揮作用，OsCERK1處于平靜狀態(tài)。
分子植物卓越中心王二濤研究員、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。王二濤研究團隊多年來致力于植物與微生物共生機理和應(yīng)用的創(chuàng)新研究，并在該領(lǐng)域取得了豐碩的研究成果，不僅揭示了植物識別區(qū)分共生菌與病原菌的分子機制，也為作物通過微生物高效獲取營養(yǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
