侯树文 科技日报记者 王春
在与病原菌长期的斗争中，植物进化出了基础抗病性免疫反应（PTI）和专业化性抗病性免疫反应（ETI）两层免疫系统作为防卫武器。这两种武器各有优劣，PTI具有广谱性，但是杀伤力弱；ETI虽然战斗力强，但是杀伤范围比PTI小。植物在与病原菌的长期战斗中，使PTI和ETI相互促进，共同组成植物对阵病原菌的防卫工事。
12月16日，国际学术期刊《自然》在线发表中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究团队完成的题为“NLR免疫受体植物防卫代谢并协同免疫反应”的研究论文，揭示了一条全新的植物基础免疫代谢调控网络，水稻广谱抗病NLR免疫受体蛋白通过保护初级防卫代谢通路免受病原菌攻击，协同整合PTI和ETI两层免疫系统，赋予水稻广谱抗病性的新机制。
稻瘟病是水稻的“癌症”，它会造成水稻的减产甚至绝产。我国每年因稻瘟病发病直接损失稻谷约30亿公斤。目前利用化学农药对田间病害进行防治的方法，造成了严重的环境污染和食品安全问题。因此，挖掘和培育新的广谱持久抗病品种是控制稻瘟病最为经济、安全和有效的方法。
乙烯是水稻自身产生抗稻瘟病的防卫激素，持续不断的乙烯供应是水稻取得全面胜利的必要条件。何祖华团队在研究中重点寻找共同参与调控PTI和ETI的基因位点，最后发现了能够加速乙烯生产供应的化学装备——一种新的水稻免疫调控蛋白PICI1。
PICI1与乙烯之间到底有着怎样的生产关系呢？据何祖华介绍，PICI1既作用于PTI，也作用于其他免疫受体。同时他们首次鉴定PICI1具有去泛素化的生化功能，意味着其能够增强底物蛋氨酸甲硫氨酸合成酶OsMETＳ的蛋白稳定性。而乙烯前体就是蛋氨酸。
PICI1通过增强蛋氨酸合成酶的蛋白稳定性，强化蛋氨酸的合成，促进防卫激素乙烯的生物合成，从而调控PTI。也就是说，拥有了PICI1，水稻就拥有了持久供应水稻防卫激素——乙烯的兵工厂或生产线。
但道高一尺魔高一丈，病原菌能够通过分泌毒性蛋白直接降解PICI1，抑制水稻的PTI，使之有利于病原菌的入侵。
那么植物“军团”就拿病原菌没有办法了吗？植物细胞内的免疫受体NLR可以感知病原菌的毒性蛋白，触发新的免疫反应，即ETI。研究团队进一步研究发现，NLR受体可以通过抑制病原菌毒性蛋白与PICI1的互作，保护和加强PICI1的功能，进而激活更多防卫化学物质（蛋氨酸-乙烯）的合成，以获得广谱抗病性。
“PICI1相当于一个战略要地，病原菌毒性蛋白的目的是要降解PICI1，水稻自身的抗病蛋白NLR则是来保护它，只要有对应的NLR就可以干扰病原菌毒性蛋白降解PICI1，这就揭示了病原菌毒性蛋白和水稻抗病蛋白之间竞争性互作。”何祖华说。
也就是说，科学家发现了水稻将PTI和ETI相结合，产生广谱持久抗瘟的生化反应生产线，即NLR-PICI1-OsMETＳ调控蛋氨酸-乙烯。由此得出，PICI1-NLR是水稻广谱抗瘟的育种靶标。通过加强水稻“PICI1—蛋氨酸—乙烯”化学防卫代谢网络，有望达到水稻广谱持久抗稻瘟病的目的，并降低农药的施用，为农业生产的可持续发展提供新的策略。
PICI1-OsMETS介导的基础代谢免疫调控模型。主办方供图
