近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队、张余团队以及何祖华团队在国际学术期刊《自然》发表论文。历时8年，他们在水稻免疫机制研究上取得重大突破，为深入理解植物如何巧妙使用免疫系统这把″双刃剑″来寻求″平衡点″奠定理论基础。
水稻细胞表面的关键受体蛋白OsCERK1能够辨别免疫信号或共生信号。在建立互惠互利的共生关系时，大量短链几丁质会被释放，作为信号通知植物。而病原菌则会极力避免几丁质的泄露，尤其是长链几丁质，以免被植物识别并激活免疫反应。
王二涛介绍，在无病原菌侵染的时期，一种名为OsCIE1的调控蛋白能够像″紧箍圈″一样，抑制OsCERK1的活性，防止免疫过度激活。当水稻面临病原菌入侵时，这一调控蛋白限制OsCERK1的能力被抑制，从而解除″紧箍圈″的束缚。此时，免疫信号通路被OsCERK1成功激活，启动植物免疫反应，抵抗病原菌的侵染。
水稻是我国的主粮。有意思的是，促进水稻营养吸收、生长的丛枝菌根菌与对水稻造成毁灭性病害的稻瘟病菌均属于真菌，细胞表面都覆盖着一种名为″几丁质″的物质。水稻区分″有益″还是″有害″微生物的关键，在于″长短有别″。短链几丁质可以作为共生信号，而长链几丁质则会触发抗病免疫反应。但这需要″监管″，若引发过度免疫反应，会阻碍共生关系。水稻如何有效调控，长久以来一直是科研界尚待揭晓的谜团。
研究团队利用结构生物学方法，精确鉴定了影响″紧箍圈″松紧的关键位点。当这一位点被磷酸化修饰时，如同″紧箍咒″失效，OsCERK1可展现其威力，积极抵御外敌。而一旦该位点未被磷酸化，″紧箍圈″再次发挥作用。抵御外敌的同时，OsCERK1控制菌根共生的建立，协助水稻更高效地吸收磷、氮等关键营养物质，从而减少氮肥的使用。
我国耕地面积仅占世界的7%，却使用了全世界35%的氮肥。大量氮肥施用会造成大气、水和土壤环境的严重污染。如何减少氮肥的使用？对于应用层面的难题，不功利不设限的基础研究往往可以″出奇招″，在探索发现自然规律后，为人工改造带来广阔前景。
分子植物科学卓越创新中心的科学家们，通过发现″紧箍圈″和″紧箍咒″，为绿色农业生产提供了新思路。如今，他们的合作者在江西开展的1万亩水稻试验表明，即使减少了25%-50%的氮肥，产量并没有降低。而且，玉米被预估比水稻的应用潜力更大。
来源：上观新闻
