福建農(nóng)林大學(xué)聯(lián)合團隊發(fā)表重磅科研成果

破解水稻抗病毒密碼 培育抗病不減產(chǎn)品種

2月24日，福建農(nóng)林大學(xué)吳建國教授團隊聯(lián)合美國加州大學(xué)河濱分校、清華大學(xué)等國內(nèi)外頂尖研究機構(gòu)，在國際頂級期刊《細(xì)胞》發(fā)表一項重磅研究成果。這項長達(dá)數(shù)年的研究，不僅首次揭示了植物激素獨腳金內(nèi)酯如何強化水稻的“病毒抵抗力”，還精確“抓拍”到病毒蛋白試圖破壞這一強化系統(tǒng)的“犯罪證據(jù)”，并最終通過基因“微創(chuàng)手術(shù)”，培育出既抗病又不減產(chǎn)的水稻優(yōu)異種質(zhì)資源。

被忽略的“免疫指揮官”

植物雖然不會動，但它們體內(nèi)卻有一套高度復(fù)雜的激素調(diào)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)生長發(fā)育和應(yīng)對外界威脅。獨腳金內(nèi)酯就是近年來被發(fā)現(xiàn)的一種“多面手”激素。它既像一名“園藝師”，負(fù)責(zé)調(diào)控水稻的分蘗（分枝）數(shù)和根系發(fā)育；又像一名“外交官”，幫助植物與土壤中的有益真菌建立合作關(guān)系。然而，這名“園藝師”是否參與了植物的“國防”工作，一直是科學(xué)界的一個謎。

研究團隊在觀察被病毒感染的水稻時，發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象：生病的水稻不僅長得矮小，分蘗也變得異常多。這恰恰是獨腳金內(nèi)酯信號出現(xiàn)紊亂的典型癥狀。吳建國教授打了個比方：“這就像一個人生病后，不僅身體消瘦，連走路姿勢都變了。我們順著‘走路姿勢’這個線索，一路追查，最終鎖定了‘免疫指揮官’——獨腳金內(nèi)酯信號通路。”

通過一系列精密的遺傳學(xué)實驗，研究團隊首次證實，獨腳金內(nèi)酯通路是水稻抗病毒免疫增效的“必需環(huán)節(jié)”。如果這條通路被阻斷，水稻面對多種病毒（如水稻草狀矮化病毒、南方水稻黑條矮縮病毒等）入侵時，就會變得不堪一擊。

病毒如何策反“指揮官”？

那么，強大的病毒又是如何突破防線的呢？其過程就像一場高智商的“間諜戰(zhàn)”。

研究發(fā)現(xiàn)，病毒會派出代號為“P3”的“特工蛋白”。狡猾的P3蛋白善于偽裝，它會精準(zhǔn)地“貼附”在獨腳金內(nèi)酯受體D14的核心交互界面上。

“這個界面是信號傳遞的關(guān)鍵‘中轉(zhuǎn)站’。P3蛋白就像一個精密設(shè)計的‘屏障’，卡在了D14與下游同伴結(jié)合的必經(jīng)之路上，從而切斷了信號的傳導(dǎo)。”研究員閆利明解釋道，通過先進的冷凍電鏡技術(shù)，科學(xué)家們首次在原子層面“親眼”看到了這一破壞過程。一旦信號中轉(zhuǎn)受阻，免疫系統(tǒng)的防御指令就無法下達(dá)，負(fù)責(zé)源源不斷生產(chǎn)抗病毒“彈藥”的“后勤工廠”——RDR1和RDR6蛋白就無法被激活。失去了這些核心補給，植物體內(nèi)的抗病毒RNA干擾就會因為“彈藥匱乏”而陷入癱瘓，病毒的“入侵部隊”便可在植物體內(nèi)大肆繁殖。

病毒通過這一招，不僅摧毀了水稻的免疫力，還順手干擾了水稻的正常發(fā)育，導(dǎo)致其矮化、分蘗異常。

給水稻換上“防病毒”鎖芯

徹底摸清病毒的“作案手法”后，研究團隊開始精準(zhǔn)反擊。既然病毒是通過堵塞信號交互界面來搞破壞，那么，能不能對這個界面進行“微調(diào)”，讓它既能正常傳遞生長和免疫信號，又能讓病毒蛋白“無從下手”呢？

這無異于在納米尺度上進行一次精密的“分子修補手術(shù)”。研究團隊基于對病毒蛋白P3和受體D14互作界面的精確解析，開始了理性的“設(shè)計育種”。

“我們就像醫(yī)生一樣，對交互界面進行了精細(xì)的‘微整形’。”吳建國教授說。經(jīng)過大量篩選，科研人員成功找到了一個理想的D14突變體（D102A/N）。這個突變體非常神奇：它依然能識別獨腳金內(nèi)酯，正常傳遞“開啟免疫”的指令，保證水稻的正常生長發(fā)育；同時，它改變了病毒P3蛋白的結(jié)合界面，讓這個“老對手”再也無法“貼附”，進而無法搞破壞。

隨后，研究團隊利用先進的單堿基編輯技術(shù)，將這個“防貼附”的特性精準(zhǔn)地寫入了水稻的基因組中。田間試驗結(jié)果顯示，這些“改良版”水稻在面對水稻草狀矮化病毒的攻擊時，表現(xiàn)出強大的抵抗力，并且產(chǎn)量和株型等關(guān)鍵農(nóng)藝性狀與常規(guī)水稻沒有任何差別，真正實現(xiàn)了“抗病不減產(chǎn)”的育種目標(biāo)。（記者 梁凱鴻）