在20世紀80年代以前,稻曲病零星發生,且通常在水稻豐收年份發生,因此民間又稱之為“豐谷病”。近年來,稻曲病的發生廣泛分布于亞洲、美洲、非洲、歐洲的四十多個水稻種植國家或地區,特別是在我國發生尤為嚴重,年均發生面積達4500萬畝以上。稻曲病不僅影響水稻產量和稻米品質,而且產生真菌毒素污染危害人畜健康。稻曲病菌在水稻孕穗后期特異侵染水稻花器官,阻止開花受精和種子形成。由于稻曲病發病極其依賴環境條件,利用正向遺傳學鑒定稻曲病抗病基因進展緩慢,目前尚缺乏抗性基因資源用于稻曲病抗病育種。
10月17日,西南作物基因資源發掘與利用國家重點實驗室王文明教授團隊在植物學期刊Molecular Plant(TOP 1區,IF=21.949)上發表了題為“Enhanced production of OsRACK1A, an effector-targeted scaffold protein that promotes OsRBOHB-mediated ROS production, confers rice floral resistance to false smut disease without yield penalty”的研究論文。該論文報道了一種由稻曲病菌胞質效應子介導的致病新機制,并以效應子為分子探針挖掘到一個顯著提高稻曲病抗性、同時不影響水稻產量的基因。
該研究發現,稻曲病菌分泌一個細胞質效應子UvCBP1來促進對水稻花器的侵染。從機制上講,UvCBP1與水稻支架蛋白OsRACK1A相互作用,競爭其與NAPDH氧化酶OsRBOHB的互作,導致OsRBOHB的磷酸化水平降低,從而減少活性氧(ROS)的產生,使水稻感病。盡管自然變異分析沒有發現可逃避UvCBP1靶向的OsRACK1A變異體,但OsRACK1A的啟動子具有豐富的多態性,且關聯分析顯示OsRACK1A啟動子中一個7873-bp的大片段插入與OsRACK1A的轉錄水平及稻曲病抗性呈顯著負相關。重組自交系群體與單片段代換系的遺傳分析也進一步證明了該結果。重要的是,利用轉基因手段過表達OsRACK1A不僅能提高水稻對稻曲病的抗性,而且對水稻主要農藝性狀和產量沒有明顯影響。因此,該研究不僅揭示了一種植物花器官病原菌的致病新機理,而且為培育高產抗稻曲病水稻提供了寶貴的遺傳資源。
西南作物基因資源發掘與利用國家重點實驗室的博士后李國邦、碩士生何佳雪和吳金龍、青年教師王賀博士為該論文的共同第一作者,王文明教授和樊晶教授為共同通訊作者。此外,四川農業大學陳學偉教授、李仕貴教授、黃富教授、吳先軍教授、徐正君教授等團隊為本研究提供了支持。該研究得到了國家自然科學基金、四川省青年科技創新研究團隊、四川農業大學雙支計劃等項目的資助。