植物在整个生长季节容易遭受多种病原菌的侵染，产生多种病害，这些病害会引起农作物的产量降低和品质下降，是影响我国粮食安全的重要因子。尽管每年投入使用大量的化学农药，但每年仍然因病虫害损失粮食至少1500万吨，同时还对生态环境和人们的健康带来威胁。因此，利用抗病基因培育抗病品种已成为绿色可持续防控农作物病害的重要举措。深入研究植物免疫激活机制及广谱抗病调控网络，不仅可以揭示植物抵御病原菌侵害的内在机理，还能为抗病品种的培育提供坚实的理论依据，从而推动农业健康发展，保障粮食安全和生态平衡。
2024年11月8日，国际权威学术期刊Science在线发表了浙江大学农业与生物技术学院邓一文教授团队，与中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队、张余研究员团队以及复旦大学高明君研究员团队合作的研究成果。该论文的题目为“A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance”，揭示了禾本科作物中一个经典的免疫蛋白复合物精细调控免疫稳态的分子机制。这一发现为提高作物对多种病原菌的抗性提供了重要的基因资源和育种靶标，为未来抗病育种研究提供了新的方向。
该研究团队以广谱抗稻瘟病、白叶枯病和纹枯病的水稻材料rod1为研究对象，采用EMS和γ射线诱变方法筛选出rod1的感病抑制子，深入解析植物免疫激活和广谱抗病的调控网络。通过系统筛选，共获得18个稳定的 rod1感病抑制子。结合图位克隆与全基因组测序分析，研究团队进一步鉴定了控制这些感病抑制子的突变基因，包括OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1。通过生物化学、分子生物学、遗传学和植物病理学方法，研究人员系统解析了这些蛋白的功能，发现OsTIR具有NAD酶的活性，能够催化生成免疫小分子pRib-AMP和pRib-ADP，从而触发OsEDS1/OsPAD4和OsADR1免疫复合物（EPA）的形成并激活免疫反应。这一机制为进一步理解水稻的广谱抗病性提供了新的视角。
通过生物化学、细胞生物学和分子生物学等手段，研究团队进一步揭示了水稻免疫抑制蛋白ROD1与OsTIR直接相互作用，并抑制OsTIR的酶活，从而阻止了EPA免疫复合物的形成及免疫信号通路的激活，避免了免疫反应对植物生长发育造成不利影响。在水稻受到病原菌侵染时，ROD1被病原菌诱导降解，导致OsTIR激活并促进EPA复合物的形成，从而启动免疫反应，增强水稻的广谱抗病性。而在ROD1功能受损或缺失的情况下，OsTIR的活性不再受抑制，导致大量EPA复合物的形成，迅速激活免疫反应，出现免疫自激活表型。该研究首次揭示了水稻中OsTIR蛋白的分子生化功能，阐明了一个经典免疫蛋白复合物调控植物免疫稳态与动态的分子机制，为禾本科作物的免疫调控提供了新的理论框架，进而推动了禾本科作物免疫激活的研究。
综上所述，该研究通过多个团队的紧密合作和多学科技术的融合，系统地揭示了植物精细调控免疫稳态的经典信号网络，为作物广谱抗病育种提供了坚实的理论基础和宝贵的基因资源。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士研究生武越、徐炜莹、雷子耀、高级工程师刘继云、上海科技大学博士研究生赵国燕以及复旦大学博士研究生李魁为共同第一作者，何祖华院士、张余研究员、高明君研究员和邓一文教授为共同通讯作者。德国马普植物育种研究所Jane E. Parker院士、西湖大学柴继杰教授等参与了本项工作的研究。本课题受到国家自然科学基金、农业生物育种重大专项、国家重点研发计划、上海市基础研究特区计划等的资助。
ROD1-OsTIR-EPA免疫级联调控模型
原文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.adr2138
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