近日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤團(tuán)隊(duì)、張余團(tuán)隊(duì)以及何祖華院士團(tuán)隊(duì)在水稻免疫機(jī)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(guò)釋放泛素制動(dòng)器來(lái)激活由OsCERK1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)）”為題，在國(guó)際頂級(jí)學(xué)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(shí)，與可以促進(jìn)作物吸收營(yíng)養(yǎng)的叢枝菌根真菌建立共生關(guān)系的作用機(jī)制。這項(xiàng)研究為深入理解植物巧妙使用免疫系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)抗病、共生和生長(zhǎng)的平衡奠定了理論基礎(chǔ)，為未來(lái)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(yíng)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(yíng)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(duì)肥料的吸收效率，可以減少化肥投入。值得注意的是，促進(jìn)水稻營(yíng)養(yǎng)吸收和生長(zhǎng)的叢枝菌根菌與對(duì)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(xì)胞表面的關(guān)鍵受體蛋白OsCERK1緊密關(guān)聯(lián)。也就是說(shuō)，OsCERK1同時(shí)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(jī)制，提高作物抗病性和營(yíng)養(yǎng)吸收效率，是農(nóng)作物育種的重要方向之一，對(duì)推動(dòng)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展有著重要意義。
真菌的細(xì)胞表面都覆蓋著一種名為幾丁質(zhì)的多聚糖類(lèi)物質(zhì)，植物根據(jù)幾丁質(zhì)的長(zhǎng)短來(lái)區(qū)分對(duì)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(hào)，而長(zhǎng)鏈幾丁質(zhì)則會(huì)觸發(fā)植物的抗病免疫反應(yīng)。水稻細(xì)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(hào)，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(guò)度，雖然水稻對(duì)病原菌的抵抗力增強(qiáng)了，但也阻礙了植物生長(zhǎng)和與互惠菌根共生的建立，導(dǎo)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(tuán)。
本次研究發(fā)現(xiàn)，水稻體內(nèi)存在一個(gè)“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(xué)方法，精確鑒定了OsCERK1將OsCIE1磷酸化的關(guān)鍵位點(diǎn)Ser237。Ser237是OsCIE1蛋白質(zhì)序列排序第237位的絲氨酸，當(dāng)它被OsCERK1磷酸化時(shí)，“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(diǎn)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(tuán)隊(duì)多年來(lái)致力于植物與微生物共生機(jī)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(shí)別區(qū)分共生菌與病原菌的分子機(jī)制，也為作物通過(guò)微生物高效獲取營(yíng)養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
