大禹治水讓水稻丟了抗病基因？上海科學家幫忙找回並增強，登上《自然》
氣候變暖導致颱風洪水頻發，水稻白葉枯病捲土重來——它正從過去的區域性病害，變爲全國各大稻區的主要“殺手”。
4月8日深夜，國際頂尖學術期刊《自然》在線發表我國科學家的成果，首次揭示了水稻抗病基因在秈稻和粳稻馴化中被“差別對待”的祕密，併成功構建針對白葉枯病的廣譜抗病超強免疫模塊，由此培育出的水稻新品系能在經歷颱風、洪水等極端脅迫後依然維持高產。
大禹治水導致抗病基因丟失？
這一成果由中國科學院院士、中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華團隊聯合上海交通大學、浙江大學等單位完成。
研究團隊從數千份水稻資源中，篩選到一個全新的白葉枯病廣譜抗病基因Xa48。它編碼一個免疫受體蛋白，能精準識別病原菌分泌的毒性蛋白XopG，從而激活免疫反應。與國際上首個抗白葉枯病基因Xa21主要針對東南亞病原菌不同，Xa48主要對付東北亞地區的病菌變種。
有趣的是，研究發現，Xa48基因在秈稻和粳稻中的命運截然不同。在幾千年馴化歷程中，由於Xa48所組成的一個免疫模塊會顯著影響粳稻產量，因此該基因幾乎被粳稻完全丟棄，只在秈稻資源中保留下來。
何祖華解釋，傳統上秈稻種植於白葉枯病頻發的長江以南，粳稻則在水患較少的北方種植。大禹治水以來，中國農業灌溉體系逐步建立，北方病害壓力降低，那個可能拖累產量的基因便被放棄。這是第一次從馴化層面清晰解釋，爲何秈稻和粳稻的抗病性會有如此大的差異。
“黃金搭檔”構建超級免疫力
不過，Xa21和Xa48的抗白葉枯病能力頗爲互補，堪稱“黃金搭檔”，因此研究團隊將它們進行雜交聚合，構建了一個以Xa21爲基礎免疫、Xa48專化免疫增強的雙層免疫平臺。何祖華解釋，基礎抗病好比人會打噴嚏，對所有感冒病菌變種都有一定防禦；專化抗病則像疫苗，對特定變種產生強烈、徹底的抵抗——兩者疊加後，新培育的水稻品系在經歷颱風、洪水等極端脅迫後，依然能在不同稻區保持穩定抗性，且產量等重要農藝性狀不受影響。
Xa21Xa48聚合田間抗性鑑定
這是科學家首次在作物上證明，兩個免疫網絡疊加可以重構水稻的廣譜抗病性，同時依舊維持高產。目前，該成果已被隆平高科、荃銀高科、中國水稻研究所等多家育種單位直接應用於抗病新品種培育。
何祖華院士（左二）與團隊成員在田間觀察水稻表型，爲培育抗病品種獲取關鍵數據
這是何祖華團隊繼2017年《科學》雜誌發表稻瘟病廣譜抗病基因Pigm之後的又一重大進展。這場從基礎研究到田間地頭的接力，正爲我國水稻生產築起更聰明、更堅固的種質防線。
