研究揭示病原菌侵害植物新机理

水稻与病原之间，也存在着类似人类社会“攻防战”的故事。华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室教授王石平课题组的最新研究表明，白叶枯病菌利用水稻生长繁殖必不可少的显性Xa13基因，减少铜在水稻导管中的分布而侵害水稻；同时，水稻中产生不被白叶枯病菌激活的隐性抗病基因xa13，使水稻导管内铜含量能够抑制白叶枯病菌的生长，从而使水稻抗病。该项研究不仅揭示了病原细菌利用宿主基因征服宿主的一种新机理，同时也揭示了可能涉及水稻与病原共进化的一个典型例子。相关研究论文于9月17日在《植物细胞》（Plant Cell）杂志在线发表。该杂志将此文作为重点推荐文章，同时在线配发了介绍文章。论文第一作者为博士生袁猛，通讯作者为王石平。研究发现，有的白叶枯病菌对铜非常敏感，提高培养基中铜的含量可抑制这类白叶枯病菌的生长繁殖。水稻从根部吸收铜，通过导管将铜运输到植株的各个部位，而白叶枯病菌正是通过导管在水稻体内蔓延引起病害。增加导管内铜的含量，会抑制白叶枯病菌的生长繁殖。进一步研究表明，“狡猾”的白叶枯病菌会利用激活水稻自身不可或缺的Xa13基因（该基因对水稻花粉发育必不可少），来消除导管中铜的抑制影响。白叶枯病菌通过激活Xa13基因的表达，调控铜在水稻体内的重新分布侵害水稻。Xa13蛋白和另外两个蛋白质COPT1和COPT5在细胞膜上共同作用，将细胞外的铜运输进细胞内，从而减少导管中的铜，使白叶枯病菌能够在导管中繁殖并蔓延，造成水稻病害。铜是植物生长发育所必需的微量元素，也是部分农药中的主要成分。含铜农药的普遍使用使得白叶枯病菌产生了某种抗性。白叶枯病菌能够分泌一种效应蛋白进入水稻细胞内，该蛋白与Xa13基因的启动子结合，激活它表达。而为了应对这类白叶枯病菌，水稻中产生了启动子突变的隐性抗病基因xa13，它的表达不被白叶枯病菌激活，使水稻的导管内铜含量能够抑制白叶枯病菌的生长，从而使得水稻抗病。了解病原菌如何侵害植物的机理，将有助于有效控制农作物病害。据王石平介绍，由白叶枯病菌引起的白叶枯病是水稻的重要病害之一，曾令全球水稻减产70%。了解白叶枯病菌侵害水稻的这一机制，将有助于设计有效途径培育抗病水稻品种。（来源：科学时报鲁伟范/敬群）