作为中国的重要粮食作物，目前具有抗病性状的水稻往往在产量上表现较差，这二者之间尚需更好的平衡。中国科学院分子植物科学卓越中心/植物生理生态研究所何祖华研究团队经过多年研究发现，通过对水稻 Ca2+ 新感受子 ROD1 的精细调控，可以让水稻在不同气候、栽培条件下选择不同的免疫策略选择，实现水稻抗病性与生殖生长、产量形状之间的平衡，达到抗病和高产兼得的目标。9 月 30 日，该研究以题为 Ca2+ Sensor-Mediated ROS Scavenging Suppresses Rice Immunity and Is Exploited by a Fungal Effector 的文章发表在 Cell上。同日，何祖华在介绍研究成果的新闻发布会上说，作物病害时常发生，而使用农药的危害又很大，从长远看，我们要平衡"高产"与"抗病"之间的关系，在"绿色育种"方面多下功夫。与过去相关研究多聚焦在如果用 Ca2+ 激活植物免疫不同，该团队揭示的以 Ca2+ 受体 ROD1 为核心的免疫抑制新通路，以及植物与病原菌利用蛋白质结构模拟介导的协同进化机制，为植物免疫领域研究提供新的思路。上述论文中写到，“我们确定了一种自然发生的局部适应性 ROD1 等位基因，该等位基因可在不损失作物产量的情况下，提供更高的免疫能力。这一研究首次揭示了植物和病原体因子通过相同的级联抑制植物免疫反应。”文章介绍说，团队通过对水稻资源库和育种群体的大规模筛选，发现一种对腐生真菌病害纹枯病具有高度抗病的隐性遗传稳定材料——rod1 (resistance of rice to diseases 1)，对水稻纹枯病、稻瘟病、白叶枯病三大病害，均具有高抗特性。图｜rod1植物表现出多种抗病性（来源：Cell）经过对分子和生化机制的进一步探索，该团队研究显示，ROD1 基因编码一个新的 Ca2+ 感受器，通过识别 Ca2+ 信号与脂类结合，将 H2O2 酶 CatB 招募到细胞质膜，直接在膜区降解活性氧。图｜ROD1 介导的免疫反应控制模型（来源：Cell）通过这种方式实现，精细调控水稻免疫系统，平衡抗病和生长之间的冲突。具体而言，在没有病原菌侵染时，让 ROD1 将水稻的基础免疫维持在较低水平，以促进穗原基发育，保证水稻产量；当遭遇病原菌侵染时，水稻则启动免疫激发新途径：降解 ROD1 ，减弱其抑制免疫的功能，确保植物产生有效的防卫反应，抵御病原菌。并且，在病原体侵染触发的两种E3泛素连接酶——RIP1 和 APIP6，可以靶向定位 ROD1 并促进其降解，激活植物的免疫系统。如此，RIP1/APIP6- ROD1 和 ROD1-CatB 就组成了相互制约、高度有序的信号级联通路，对水稻免疫系统进行精细调控。另外，该研究团队还发现，稻瘟病菌分泌的效应蛋白 AvrPiz-t 具有与 ROD1 类似的 β 折叠结构，也可以像 ROD1 一样，调控水稻的免疫功能。也就是说，在病菌侵染过程中，AvrPiz-t 会“伪装”成 RDO1 对作物免疫系统进行调控把关，“放行”病菌。同时，他们也发现谷物中 ROD1 的功能是保守的，并提出可以通过操纵感病基因实现广谱抗病的新策略将对培育稳产高产抗病的作物品种产生重要参考价值。这也是该团队接下来的研究方向。不过，该研究论文最后提到，对于 ROD1 和 AvrPiz-t 促进 H2O2 酶的机制，ROD1 和 AvrPiz-t-CatB 复合物的结构、生化特征，以及 ROD1 是否同样将调节与免疫反应相关的钙信号，还有待进一步确定。
参考：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.09.009
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