原標(biāo)題：水稻免疫調(diào)控的“剎車制動(dòng)”被發(fā)現(xiàn)
本報(bào)上海5月15日電（記者顏維琦）水稻是主糧，糧食安全是國(guó)家安全的重要基礎(chǔ)。水稻生產(chǎn)中面臨的挑戰(zhàn)不容忽視：一是其生長(zhǎng)過程中常常受到稻瘟病菌等病原真菌的侵?jǐn)_，過度依賴化學(xué)農(nóng)藥，會(huì)對(duì)環(huán)境和食品安全構(gòu)成威脅；二是水稻對(duì)磷、氮等營(yíng)養(yǎng)元素的巨大需求，導(dǎo)致過度施肥。因此，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，是農(nóng)作物育種的重要方向。
記者從中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心王二濤團(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)制研究上取得重大突破。5月15日，該成果以“水稻通過釋放泛素制動(dòng)器來激活由OsCERK1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)”為題，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，為深入理解植物如何巧妙使用免疫系統(tǒng)這把“雙刃劍”協(xié)調(diào)抗病、共生和生長(zhǎng)的平衡奠定理論基礎(chǔ)。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員王二濤介紹，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界。它們的細(xì)胞表面都覆蓋著一種名為幾丁質(zhì)的多聚糖類物質(zhì)。植物通過區(qū)分幾丁質(zhì)的分子“長(zhǎng)短”，來作出反應(yīng)——短鏈幾丁質(zhì)會(huì)誘導(dǎo)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“長(zhǎng)短”信號(hào)，進(jìn)而誘導(dǎo)免疫或共生反應(yīng)的發(fā)生。但水稻體內(nèi)是如何有效調(diào)控這一免疫反應(yīng)的，一直是有待揭曉的謎團(tuán)。
研究發(fā)現(xiàn)了一種名為OsCIE1的調(diào)控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。王二濤用剎車作比方：“在無病原菌侵染的時(shí)期，OsCIE1如同踩下‘剎車’，將一種名為泛素的小蛋白分子連接到OsCERK1蛋白表面，抑制其激酶活性，防止免疫過度激活。當(dāng)水稻面臨病原真菌入侵時(shí)，真菌細(xì)胞壁上的長(zhǎng)鏈幾丁質(zhì)迅速誘導(dǎo)激酶活性。該激酶將磷酸基團(tuán)分子添加至OsCIE1蛋白表面的關(guān)鍵區(qū)域，抑制OsCIE1限制OsCERK1的能力，如同松開‘剎車’。此時(shí)，免疫信號(hào)通路被OsCERK1成功激活，啟動(dòng)植物免疫反應(yīng)，抵抗病原菌的侵染。”
科研人員通過合作利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法，精確鑒定了控制OsCIE1“剎車”松緊的關(guān)鍵位點(diǎn)Ser237。當(dāng)這一位點(diǎn)被OsCERK1磷酸化修飾時(shí)，如同釋放剎車，OsCERK1便可展現(xiàn)其威力，積極抵御外敵。而一旦該位點(diǎn)未被磷酸化，“剎車”將再次發(fā)揮作用。借助這一機(jī)制，水稻得以協(xié)調(diào)自身對(duì)共生菌與病原菌的反應(yīng)，控制水稻菌根共生的建立，并利用其發(fā)達(dá)的菌根網(wǎng)絡(luò)協(xié)助水稻更高效地吸收磷、氮等關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育，由此在抗病、共生和產(chǎn)量中實(shí)現(xiàn)平衡。
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。該研究不僅闡明了植物協(xié)同調(diào)節(jié)免疫、共生和生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制，也為未來綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了基因資源。據(jù)介紹，菌根共生新型水稻的試種工作正在江西開展，科學(xué)家針對(duì)玉米、小麥的共生/免疫調(diào)控機(jī)制應(yīng)用研究也在進(jìn)行。