水稻生物育种获新突破

水稻生物育种获新突破

科研团队揭示免疫驯化选择如何协调抗病与产量

近20年来，受全球变暖影响，台风活动频繁，加之水稻主栽品种抗源单一、病原菌变异加快，白叶枯病发生面积持续扩大。加强水稻白叶枯病抗病基因挖掘与育种应用研究，对于维护粮食稳定供给具有战略意义，也是我国生物育种的重大需求。

日前，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队与上海交通大学陈功友教授团队、浙江大学邓一文教授团队联合发表研究成果——针对水稻免疫模块的驯化选择与广谱抗病重构，团队挖掘了水稻抗白叶枯病新基因Xa48，为作物抗病分子育种提供了具有自主知识产权的重要基因资源。同时，团队首次在作物中证实，基础抗病与病菌小种专化性抗病网络的叠加可重构野生稻的广谱抗病性，并能维持高产性状。该发现有望开创育种新范式。

记者了解到，植物免疫系统在野生种到现代作物形成过程中受到驯化塑造，其核心在于平衡生长与防御，在此期间抗病基因往往会受到差别选择，以适应不同的环境选择压力。但是学界和育种界对于植物抗病如何经历差别化的人工选择尚不清楚。

团队通过大规模筛选几千份水稻资源，利用能“攻破”国际上首个克隆的白叶枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在籼稻品种双科早中鉴定到一个新的白叶枯病抗病基因Xa48。研究团队进一步解析基因Xa48在籼稻和粳稻中的差别驯化机制，发现Xa48-OsVOZ1模块严重影响粳稻的产量，而几千年的驯化历程已将基因Xa48从粳稻基因组中剔除，基因Xa48只存在于籼稻资源中。

籼稻传统上种植于白叶枯病频发的东南亚地区，而粳稻历史上种植于水患较少的长江以北地区。随着农业人工灌溉体系建立，我国尤其是长江以北地区白叶枯病的发生逐渐减少，因此由于病原菌选择压力，基因Xa48只保留在部分南方籼稻品种中。

团队还构建了水稻针对白叶枯病害的抗性综合平台，在拓展抗病“宽度”的同时增强抗性“深度”。通过长期的遗传育种选择与植物病理学研究，建立了以XA21基础抗病加XA48专化性抗病为核心的免疫研究平台，系统探索二者在作物免疫应答中的协同效应。

“作物的基础抗病性对一个病原菌所有变种都有一定的抗病性，是每个植物都有的，就像人感冒都会打喷嚏一样。而专化抗病性是对一个病原菌的一些变种具有完全强烈抗病性，而对其他变体只有基础抗性。”何祖华介绍，团队杂交聚合两种抗性的水稻新品系，发现在经历台风、洪水等极端胁迫后，仍能在不同稻区保持稳定抗性，且不影响产量等重要农艺性状。由此，首次在作物上证明两个免疫网络的叠加可以重构野生稻的广谱抗病性，为破解作物病害绿色防控难题提供新思路。

《光明日报》