中國日報11月8日電（記者 閆東潔）近年來，病蟲害的頻繁爆發造成作物減產和品質下降, 大量使用化學農藥控制農作物病蟲害，不僅破壞生態環境，還威脅人們健康。培育廣譜抗病品種是保障我國糧食安全、發展綠色農業、維護生態環境的重要舉措。發掘廣譜持久抗病基因，揭示植物免疫激活調控廣譜抗病的分子機制是農作物抗病育種的重要理論基礎。

北京時間2024年11月8日，國際權威學術期刊《科學》（Science）以"背靠背"形式在線發布了同一單位不同團隊的兩項重要科研成果。中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華院士團隊、張余研究員團隊，復旦大學高明君研究員團隊以及浙江大學鄧一文教授團隊合作完成了題為 "A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance（一個經典的蛋白復合體調控免疫穩態與多病原菌抗性）"的研究成果。另一篇題為"Activation of a helper NLR by plant and bacterial TIR immune signaling（植物和細菌的免疫信號介導植物細胞內免疫受體的激活）"的研究成果來自分子植物卓越中心萬里研究員團隊。

植物免疫的本質是識別"非我"。植物免疫系統通過識別病原微生物而激活自身的免疫反應，該系統由兩道防線組成，一是通過植物細胞表面感受器識別病原菌后產生的基礎抗病性（PTI），PTI相對溫和且容易被病原菌分泌的毒性蛋白所突破；在進化中，植物產生了第二道防線，植物細胞內感受器NLR蛋白識別病原菌分泌的毒性蛋白后引起的?；钥剐裕‥TI），該防線反應強烈且能賦予植物強抗病性。植物ETI免疫反應的發生依賴于植物特定的NLR感受器蛋白識別特定病原菌分泌的特定毒性蛋白。由于ETI的特異性，目前在植物抗病育種和病蟲害防治中缺乏有效的方法激活植物ETI。如何克服ETI對病原菌的特異性，實現有效的多病原廣譜抗病性成為了植物免疫研究的重要課題。

何祖華及其合作研究團隊在前期研究中發現了一個水稻免疫抑制基因ROD1，該基因突變引起活性氧積累，產生免疫自激活表型，顯著提高水稻對多個病原菌如稻瘟病、白葉枯病和紋枯病的抗性，論文發表于國際權威學術期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而對ROD1抑制免疫激活的信號網絡尚不清楚。研究團隊采用EMS化學誘變和γ射線物理誘變篩選rod1抑制子的策略深入研究，經過大規模的田間表型鑒定篩選，共獲得18個rod1抑制子株系。通過基因克隆和全基因組測序分析，發現這些抑制子分別是OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1基因突變。首次報道禾本科作物的細胞內感受器OsTIR蛋白具有產生免疫小分子pRib-AMP的功能，小分子pRib-AMP能夠激活水稻OsEDS1、OsPAD4和OsADR1蛋白形成免疫復合體EPA激發免疫反應。進一步研究發現水稻免疫抑制蛋白ROD1與OsTIR互作，影響OsTIR的酶活，從而抑制小分子pRib-AMP的生成，避免EPA復合體激發免疫反應，維持免疫的穩態。當病原菌侵染時，ROD1被降解，OsTIR蛋白被釋放后生成小分子激活免疫復合體EPA，產生對多種病原菌的廣譜抗性。因此，該研究揭示了一個五組分的信號網絡調控植物免疫穩態的分子機制，為培育廣譜抗多種病原菌的作物新品種提供重要的理論基礎和靶標基因。

無獨有偶的是萬里團隊發現植物細胞內感受器的TIR蛋白可生成小分子2'cADPR，這一類小分子作為前體在植物體內可以被轉化生成pRib-AMP，從而激活EPA免疫復合體，提高植物抗病性。利用2'cADPR處理植物即可誘導類似于ETI的強抗病性，實現了在沒有特定病原菌侵染的情況下人為可控地激活植物強ETI免疫反應。而且相對于pRib-AMP，2'cADPR性質更穩定，所以也更適合開發作為植物免疫激活劑。這一發現為發展綠色農業提供了一種能夠激發農作物廣譜抗病性的新型"生物農藥"，從而有效替代化學農藥，減少對生態環境的負面影響。一些細菌的TIR蛋白也可以產生2'cADPR并激活植物的ETI免疫反應，因此本研究還揭示了植物和細菌免疫通路交互的分子機理。

植物細胞內感受器TIR蛋白介導的ETI抗性是農作物抗病育種的重要靶標。因此，研究植物免疫受體及其工作機理，能夠實現對植物免疫受體的人工定向改造，從而有效解決植物病害問題。這兩項研究成果共同揭示了一個在不同植物中保守的由小分子pRib-AMP和蛋白復合體EPA介導的免疫激活新機制，為植物病害防控提供了新型"生物農藥"靶標，對促進我國農業綠色可持續發展，維護生態環境，保障糧食安全具有重要意義。

分子植物卓越中心博士研究生武越、徐煒瑩、雷子耀，高級工程師劉繼云，上?？萍即髮W博士研究生趙國燕以及復旦大學博士研究生李魁為論文"A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance"的共同第一作者，分子植物卓越中心何祖華院士、張余研究員，復旦大學高明君研究員以及浙江大學鄧一文教授為共同通訊作者。德國馬普植物育種研究所Jane E. Parker院士、西湖大學柴繼杰教授等參與了本項研究。該研究工作受到國家自然科學基金、農業生物育種重大專項、國家重點研發計劃、上海市基礎研究特區計劃等的資助。

分子植物卓越中心博士研究生于華、徐煒瑩和陳思思為論文"Activation of a helper NLR by plant and bacterial TIR immune signaling"的共同第一作者，萬里研究員為通訊作者。該研究工作得到了中國科學院分子植物科學卓越創新中心張余研究員的合作和支持。同時，該研究工作得到國家重點研發計劃、植物性狀形成與塑造重點實驗室（中國科學院）、國家自然科學基金面上項目和中國科學院先導項目等資助。