10月16日是第39個(gè)世界糧食日，主題是“行動(dòng)造就未來 健康飲食實(shí)現(xiàn)零饑餓”。

水稻作為老百姓的主糧之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)受到病害的嚴(yán)重影響，進(jìn)而危及到糧食安全。同時(shí)，為了控制病害而大量施用的化學(xué)農(nóng)藥又引發(fā)了環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留等問題，嚴(yán)重威脅食品安全。通過增強(qiáng)水稻自身防御體系，培育廣譜持久抗病水稻新品種，是一種既經(jīng)濟(jì)又“綠色”的病害防控措施。上海交通大學(xué)陳功友教授領(lǐng)銜的植物與病原菌分子互作研究團(tuán)隊(duì)通過多年研究，揭示了病原菌效應(yīng)蛋白這個(gè)“間諜”與植物感病基因“接頭人”之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，提出利用基因編輯技術(shù)阻斷兩者之間的協(xié)同進(jìn)化進(jìn)程，從而使植物獲得廣譜抗病（RLS）的育種新途徑，為解決作物抗病性喪失問題，保障糧食安全與食品安全提供了新的思路。目前，該研究成果在線發(fā)表在Cell出版社旗下植物科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《Molecular Plant》。

白葉枯病：危害水稻生產(chǎn)的頭號(hào)細(xì)菌“殺手”

植物病害嚴(yán)重危害糧食生產(chǎn)，每年在全世界造成至少10%的糧食損失，而目前全世界仍有超過8億人處于饑餓或半饑餓狀態(tài)，植物病害無疑加劇了這種糧食短缺的形勢(shì)，成為全球糧食安全的重大威脅。水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全世界有大約35億人以其作為主食，同時(shí)它也是亞洲、非洲和拉丁美洲發(fā)展中國(guó)家2億多家庭經(jīng)濟(jì)收入的主要來源。水稻白葉枯病是三大水稻病害之一，是危害水稻生產(chǎn)的頭號(hào)細(xì)菌“殺手”。該病在亞洲、拉丁美洲和西非數(shù)十個(gè)國(guó)家的水稻種植區(qū)廣泛發(fā)生，國(guó)內(nèi)目前除了新疆和東北的北部地區(qū)以外，其他省市的水稻種植區(qū)均有分布。水稻白葉枯病通常導(dǎo)致水稻減產(chǎn)10-20%，發(fā)生嚴(yán)重的地區(qū)可達(dá)50%以上，甚至是絕收。同時(shí)水稻白葉枯病也是植物病理學(xué)和植物免疫學(xué)領(lǐng)域最重要的模式系統(tǒng)之一，在科學(xué)上具有重要研究?jī)r(jià)值。

大量篩選，發(fā)現(xiàn)病原細(xì)菌新“間諜”

植物病害發(fā)生的過程，就是病原菌與植物雙方投入大量“兵力”進(jìn)行的一場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)。為了抵御病原菌的入侵，植物通過角質(zhì)、蠟質(zhì)等多種生化物質(zhì)構(gòu)筑起一系列堅(jiān)固的物理和化學(xué)“堡壘”。病原菌運(yùn)用“明修棧道，暗渡陳倉(cāng)”的兵法來“攻擊”這些“堡壘”，一方面通過合成胞外降解酶、毒素等物質(zhì)“明修棧道”，從外部一層層瓦解這些“堡壘”，另一方面卻通過組裝多種被稱為分泌系統(tǒng)的裝置“暗渡陳倉(cāng)”，將大量的效應(yīng)蛋白“間諜”直接分泌到植物體“堡壘”內(nèi)部，這些“間諜”在植物體內(nèi)部大肆破壞，最終使“堡壘”從內(nèi)部被“攻破”，植物發(fā)生病害。水稻白葉枯病菌派出的最重要的一類效應(yīng)蛋白“間諜”是III型分泌系統(tǒng)分泌的轉(zhuǎn)錄激活因子類效應(yīng)蛋白（TALE蛋白），其中只有少數(shù)幾個(gè)毒性作用明顯，稱為主效TALE蛋白。

陳功友教授團(tuán)隊(duì)在農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項(xiàng)等項(xiàng)目支持下，多年來從全國(guó)各水稻產(chǎn)區(qū)的發(fā)病田塊收集分離到數(shù)百個(gè)白葉枯病原菌株，在不同的水稻品種上測(cè)定了這些菌株的毒性，并進(jìn)行分子標(biāo)記分析，發(fā)現(xiàn)這些中國(guó)菌株具有豐富的遺傳多樣性和毒性差異。通過基因組學(xué)和分子生物學(xué)工具，從其中幾個(gè)強(qiáng)毒性菌株中分離到數(shù)十個(gè)TALE蛋白編碼基因并分別測(cè)定毒性，最終“識(shí)破”了一類被稱為PthXo2-like的新型主效TALE蛋白“間諜”，并且在不同的菌株中發(fā)現(xiàn)了這類蛋白的五種類型。

反復(fù)驗(yàn)證，確定水稻“間諜接頭人”

水稻白葉枯病菌分泌的TALE蛋白“間諜”進(jìn)入植物細(xì)胞后，能夠躲過植物免疫系統(tǒng)的偵查，偽裝成水稻自身的轉(zhuǎn)錄激活因子，與“潛伏”在水稻細(xì)胞內(nèi)的一類感病基因“接頭人”進(jìn)行“聯(lián)絡(luò)”，“接頭暗號(hào)”是雙方特定氨基酸序列與DNA序列之間的一套密碼。一旦“對(duì)上了暗號(hào)”，TALE蛋白就能夠識(shí)別并結(jié)合在病基因啟動(dòng)子的相應(yīng)區(qū)域，激活感病基因的表達(dá)，從內(nèi)部“攻破”植物的防線。

研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)新發(fā)現(xiàn)的“間諜”蛋白序列進(jìn)行比較分析，初步確定水稻感病基因OsSWEET13具有“接頭人”嫌疑。接下來經(jīng)過不同分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的反復(fù)驗(yàn)證，最終確定該基因即為該類“間諜”的靶標(biāo)基因“接頭人”。同時(shí)，對(duì)3000份水稻種質(zhì)資源基因組進(jìn)行的分析發(fā)現(xiàn)，該基因在啟動(dòng)子識(shí)別區(qū)域也存在十種不同的類型。從而證明病原菌的效應(yīng)蛋白“間諜”與水稻感病基因“接頭人”之間呈現(xiàn)出一種“軍備競(jìng)賽”的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系。

善用利器，建立抗病育種新途徑，為糧食安全保駕護(hù)航

在人類通過各種手段參與進(jìn)來以后，病原菌與植物之間的戰(zhàn)爭(zhēng)天平開始逐漸往植物和人類方向傾斜?！秾O子兵法》軍形篇有云：“不可勝在己，可勝在敵。”通過增強(qiáng)水稻自身防御體系進(jìn)行抗病育種，是人類參與這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)最經(jīng)濟(jì)有效的方式。近些年育種專家們對(duì)白葉枯病抗性重視程度減弱，導(dǎo)致育種家們對(duì)白葉枯病抗性的重視程度減弱，導(dǎo)致選育的品種抗性下降。常規(guī)育種技術(shù)耗時(shí)耗力，培育一個(gè)穩(wěn)定遺傳的抗病品種一般需要8-10年時(shí)間，而且難以將發(fā)現(xiàn)感病基因利用起來。

陳功友團(tuán)隊(duì)根據(jù)水稻感病基因“接頭人”O(jiān)sSWEET與病原細(xì)菌TALE蛋白“間諜”之間的關(guān)系，采用新興的基因編輯技術(shù)這一研究利器，干擾“間諜”與“接頭人”之間“接頭暗號(hào)”的識(shí)別，從而同時(shí)阻斷多個(gè)細(xì)菌TALE蛋白“間諜”的破壞活動(dòng)，最終獲得了廣譜抗白葉枯病的水稻新種質(zhì)，提出了阻斷植物感病性而獲得廣譜抗病性的育種新途徑。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)竇道龍教授對(duì)此評(píng)價(jià)道：“該研究在理論上闡明了不通過利用抗病基因而通過編輯多個(gè)感病基因從而實(shí)現(xiàn)作物的廣譜抗病性，為水稻白葉枯病的防治提供了新的材料和方案，為作物抗病育種和抗性喪失治理提供了成功案例，具有重要理論和實(shí)踐意義。”

據(jù)悉，陳功友教授團(tuán)隊(duì)目前正在將該技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)良雜交水稻親本的改良中，預(yù)計(jì)1-2年內(nèi)可育成穩(wěn)定遺傳的品種，這將大大縮短雜交水稻育種年限。不久，隨著這些高產(chǎn)又抗病的品種在生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用，農(nóng)藥的用量將急劇減少，農(nóng)民生產(chǎn)水稻的經(jīng)濟(jì)和人力成本將大大降低，而老百姓將也在餐桌上吃到更加優(yōu)質(zhì)安全的大米。

（看看新聞Knews記者：朱玫 實(shí)習(xí)編輯：陸熠）