十年磨一剑——我国科学家在广谱和持久抗稻瘟病机制上取得重大突破

稻瘟病由真菌引起，广泛侵染水稻、小麦等禾本科作物，于2012年被列为十大真菌病害之首，我国乃至全球所有水稻产区都受这个病害危害，有的田块颗粒无收，因此我国水稻新品种审定从2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制。控制这个病害最经济有效的方法是发掘新的抗病资源并选育广谱抗病新品种。截至目前，已有25个抗稻瘟病基因被克隆和功能鉴定，但绝大部分抗谱窄，在实际的水稻抗病育种实践上的应用价值不大。另一方面，如果把这些抗病基因整合到一个品种提高抗病性往往会影响产量和品质-即抗病性代价问题。

为解决这个长期困扰植物病理和育种界的瓶颈问题，中国科学院上海植物生理生态研究所的何祖华团队与育种家合作，从2002开始，广泛筛选抗瘟种质，从起源于我国农家品种的育种材料中鉴定了一个广谱抗瘟性新位点Pigm。随后他们又用了10年时间，系统解析了这个新位点的功能机制。他们的研究发现，这个新位点Pigm中有2个发挥功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR可以对所有检测的稻瘟病菌小种都具有广谱抗病性，但同时会使水稻种子变小，产量降低。而PigmS不产生抗病性，反而会抑制PigmR的抗病功能，但可以提高水稻结实率（产量）。有意思的是通过长期进化和人工选择，这个PigmS基因表达本身受表观遗传调控：其本身的启动子可以产生特异的小分子RNA，沉默自己的表达，导致PigmS在叶片、茎秆等病原菌侵染的组织部位表达量很低，因此不会对PigmR的抗病功能产生太大的影响。正是由于PigmS低水平的表达，不仅为病原菌提供了一个“避难所”，还使病原菌的进化选择压力变小，减缓了病原菌对PigmR的致病性进化，因此使新位点Pigm具有持久的抗病性。由于PigmR和PigmS紧密连锁在染色体的一个小区段内，不能分开，因此选育的品种既有广谱抗病性又不影响最终的产量。这个新基因位点Pigm自发掘以来，已经被国内30多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种，已经有新品种参加区试和品种审定。因此本研究不仅在理论上扩展了植物免疫与抗病性机制的认识，也为作物抗病育种提供了有效的新工具。

本研究成果于2017年2月2日在线发表于顶级杂志《Science》。研究受中科院先导项目、国家转基因新品种培育重大专项、国家自然科学基金委等资助。