这是水稻与病原菌的一场“军备竞赛”，也是一道重大科学难题。

稻瘟病，相当于水稻的“癌症”，会造成水稻减产甚至颗粒无收。我国水稻新品种的审定，如果没有稻瘟病抗性，会采取“一票否决”。然而，由于稻瘟病菌的“狡猾多变”，有的水稻品种推广3年后就丧失了抗病性，还有的导致产量和品质降低。

如何在这场“军备竞赛”中胜出？寻找广谱持久的抗稻瘟病基因成为关键。

2021年12月16日，国际权威学术期刊《自然》在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队的研究成果，他们揭示了一个全新的水稻广谱抗病性新机制。

何祖华研究员

【我国每年因稻瘟病直接损失稻谷约30亿公斤】

早在1637年，宋应星就在《天工开物》中将稻瘟病命名为“发炎火”。据统计，全球范围内每年因稻瘟病造成的损失高达水稻总产量的10%。我国不同稻区均是稻瘟病的易发区，每年因稻瘟病直接损失稻谷约30亿公斤。

目前利用化学农药对田间病害进行防治的方法，容易造成环境污染和食品安全问题。挖掘和培育广谱持久的抗病品种是控制稻瘟病最经济、安全和有效的方法。

植物的免疫系统与动物类似，是经过与病原菌的长期不懈斗争所塑造的。植物通过位于细胞膜表面的免疫受体来识别病原菌，从而激活免疫反应，这是“基础抗病性免疫反应”，但该免疫反应抗性水平低，不足以作为抗病育种的靶标。植物细胞内的免疫受体，会通过感知病原菌的毒性蛋白，触发新的免疫反应，这被称之为“专化性抗性免疫反应”，该免疫反应抗病水平高，是抗病育种的主要靶标，但由于病原菌有很多变种，该免疫反应往往只对其中部分变种有抗性。

由此可见，水稻的受体基因对于抗病发挥了重要作用，但这背后的机理人们一直不清楚。免疫受体在与病原菌的“军备竞赛”中，如何增强植物的“自我防卫”能力以获得广谱抗病性，一直是植物病理和农作物育种领域的重大科学难题。

【已种植超2000万亩水稻，基本实现持久抗稻瘟病】

何祖华研究团队在水稻中鉴定到一个新的免疫调控蛋白PICI1，该蛋白会促进植物“自我防卫”激素乙烯的生物合成。

乙烯，是一种天然植物激素。一根香蕉成熟了，会释放乙烯催熟其他香蕉。“科学家已经观察到乙烯参与激发水稻的基础抗病性，但不知其原因，此次的成果也包括了这一发现。”合作者、中国科学院分子植物科学卓越创新中心文啟光研究员说。

然而，在“军备竞赛”中，病原菌会进化出一系列的毒性蛋白，来直接降解PICI1，抑制水稻的免疫反应，使得病原菌得以“大举入侵”。

魔高一尺，道高一丈。研究人员发现，水稻的受体基因会“奋力反击”，使得PICI1免受病原菌的降解，进而生产出更多防卫“装备”，激发更为强烈的“专化性抗性免疫反应”，获得广谱抗病性。

“从2006年起，这一研究成果应用于水稻抗病育种，已种植2000万亩以上水稻，基本实现了广谱持久抗稻瘟病，并降低了农药的施用。”何祖华说。

据悉，研究团队通过对3000份水稻品种的基因组数据进行分析，已挖掘到优异的PICI1田间抗病变体，为水稻抗病育种提供了新的思路和靶点。（记者 黄海华）