2月23日,中国水稻所水稻-病原菌互作团队在Molecular Plant在线发表了最新研究成果,揭示了水稻如何响应温度变化而调控稻瘟病抗性的分子机理,是气候环境因子影响植物抗病性研究领域内的又一重要成果。
以全球变暖为主要特征的气候变化是人类面临的最严峻挑战之一,对生态环境和社会经济发展带来诸多风险,其中包括维系人类生存发展的粮食生产。水稻等粮食作物的安全生产是国家安全的重要基础,而农业病虫害的爆发与温度、湿度等气候条件关系密切,给粮食安全带来了巨大威胁。在全球变暖的趋势下,通过科技创新手段来破解病虫害威胁、增强粮食保障能力,成为了各国农业科技竞争的重点。
有着“水稻癌症”之称的稻瘟病是制约粮食安全的重要因素。稻瘟病是由丝状子囊真菌Magnaporthe oryzae引起的,是水稻最严重的病害之一,也是植物十大真菌病害之首。长期以来,温度变化影响田间稻瘟病的发生被人们熟知。多年的田间调查发现,温度达到28~30℃及以上不利于稻瘟病的发生,但在24~26℃及以下稻瘟病容易流行,而温暖环境如何不利于病害发生的具体原因一直未知。本研究利用水稻-稻瘟病菌系统解析了温度调控植物对真菌病原体抗性的机制,结果表明,暖温降低茉莉酸(JA)调节的基础抗性,增强水稻稻瘟病菌感染,施用茉莉酸甲酯MeJA是提高暖温时稻瘟病抗性的有效策略,深入揭示了温度调节植物对病原真菌的抗病机制。本研究结果加深了对环境–植物–病原真菌三者相互作用机制的理解,为寻找合适的稻瘟病防治方法及科学应对全球气候变暖保障粮食安全提供理论依据。
本研究揭示了多项成果。一是水稻-稻瘟病菌可作为研究温度调节植物抗真菌病害机制的理想系统。温度作为影响稻瘟病发生的一个重要因素,在非胁迫温度下很容易检测到病害发生的差异,且可以清楚地区分温度对稻瘟病菌及水稻的影响。此外,水稻对稻瘟病抗性与拟南芥对丁香病抗性的温度调节机制明显不同,可以更好地揭示不同物种抗病性的温度调节机制,为制定有效防控策略,提高作物在不同温度条件下的抗病性以及协助培育耐温度变化的抗病作物提供理论基础。二是在温暖环境中,茉莉酸合成及信号途径是水稻抗稻瘟病能力下降的关键调节因子,而并非水杨酸和乙烯合成及信号途径,单子叶植物水稻和双子叶植物拟南芥在温度调节宿主抗性的机制上存在明显差异。三是病原体相关分子模式(PAMP)触发免疫是植物抗病性的早期事件之一,因此人们倾向于认为茉莉酸信号网络位于PAMP信号网络的下游,PRR(模式识别受体)位于级联信号的顶部。本研究发现,在温度调节的稻瘟病抗性中,茉莉酸信号途径可能在PAMP触发免疫的上游发挥作用。四是目前为止,尚无调节重要PRR编码基因OsCEBiP表达的转录因子被报道,本研究发现,OsMYB22与OsCEBiP的启动子结合,OsMYC2-OsMYB22共同激活其表达。