Nature丨中国农业大学彭友良团队:敲除水稻 SnRK1β1A 基因,实现广谱真菌病害抗性且不损产量

水稻是全球超半数人口的主食，但其生产常受稻瘟病、纹枯病、稻曲病等多种毁灭性真菌病害威胁，现有商业品种缺乏广谱抗病性，严重影响粮食安全。感病基因（S 基因）敲除是培育抗病作物的有效策略，但多数 S 基因参与植物生长发育，敲除后易导致生长受阻或产量下降，因此亟需鉴定 “敲除即抗病且无负面效应” 的关键 S 基因。

近日，由中国农业大学、海南大学、三亚崖州湾国家实验室等单位的团队（彭友良教授为通讯作者），在《Nature》期刊发表最新研究Inactivating SnRK1β1A promotes broad-spectrum disease resistance in rice（敲除 SnRK1β1A 基因促进水稻广谱病害抗性），团队首先筛选水稻主要真菌病原体中保守的毒力因子，发现多种真菌均含效应蛋白 Gas2；通过酵母双杂交等技术筛选 Gas2 的宿主互作蛋白，鉴定到 SnRK1β1A；进一步通过基因编辑构建 SnRK1β1A 敲除突变体，验证其对多种真菌的抗病性；结合分子生物学实验阐明 Gas2-SnRK1β1A 的互作机制及对水稻免疫的调控通路；最后通过多地点田间试验评估突变体的抗病性和农艺性状。

成功鉴定到真菌保守效应蛋白 Gas2 可靶向水稻 SnRK1β1A，抑制宿主免疫；CRISPR-Cas9 介导的 SnRK1β1A 敲除突变体对 6 种主要真菌病害表现出显著抗性，且在田间条件下生长发育和产量与野生型无显著差异，仅对高盐胁迫更敏感。

关键结果

图:SnRK1β1A 被多种真菌 Gas2 蛋白靶向，负调控水稻广谱抗病性

该图通过多维度实验证实 SnRK1β1A 是水稻广谱感病基因，且为不同真菌 Gas2 蛋白的共同靶标。酵母双杂交、GST pull-down、免疫共沉淀及双分子荧光互补（BiFC）实验表明，稻瘟菌、纹枯菌等 6 种真菌的 Gas2 蛋白均能与 SnRK1β1A 的 βCTD 结构域相互作用，而无毒性的 Gas2 同源蛋白则不能。真菌侵染后，SnRK1β1A 转录水平显著上调；CRISPR-Cas9 敲除 SnRK1β1A 的突变体（snrk1β1a）对稻瘟病、纹枯病、稻曲病等均表现出增强抗性，叶片病斑更小、真菌生物量更低；反之，过表达 SnRK1β1A 的转基因水稻更感病。此外，snrk1β1a 突变体在几丁质处理后，活性氧（ROS）爆发、MAPK 激活及防御基因表达均显著增强，证实 SnRK1β1A 通过抑制免疫信号通路促进感病。

图:Gas2 通过抑制泛素化降解和促进核定位稳定 SnRK1β1A

该图揭示了 Gas2 调控 SnRK1β1A 功能的分子机制：Gas2 可保护 SnRK1β1A 免受 26S 蛋白酶体介导的降解，并促进其核定位。水稻原生质体实验显示，Gas2 与 SnRK1β1A 共表达时，SnRK1β1A 蛋白积累量显著增加，且在蛋白合成抑制剂环己酰亚胺（CHX）处理后仍能稳定存在；体外降解实验进一步证实 Gas2 可直接抑制 SnRK1β1A 的降解。泛素化实验表明，SnRK1β1A 的 K267 位点是关键泛素化位点，该位点突变后蛋白稳定性增强，且对应的互补植株更感病。此外，Gas2 含核定位信号（NLS1），其突变后不仅失去核定位能力，还无法与 SnRK1β1A 互作，也不能恢复 Δgas2 突变体的毒力；而 Gas2 可促进 SnRK1β1A 从细胞质向细胞核转运，为其抑制免疫功能创造条件。

图:SnRK1β1A 通过拮抗 SnRK1α1 的激酶活性抑制免疫

该图阐明了 SnRK1β1A 调控水稻免疫的下游通路：SnRK1β1A 与正向调控免疫的 SnRK1α1 相互作用，抑制其功能。酵母双杂交、LCI 等实验证实 SnRK1β1A 与 SnRK1α1 在细胞质中互作；snrk1β1a/snrk1α1 双突变体的抗病性与 snrk1α1 单突变体无显著差异，表明 SnRK1β1A 的抑病功能依赖于 SnRK1α1。进一步研究发现，SnRK1β1A 可抑制 SnRK1α1 向细胞核转运，且直接降低其激酶活性 —— 体外激酶实验显示，SnRK1β1A 能抑制 SnRK1α1 对底物 XB24 的磷酸化；体内实验中，snrk1β1a 突变体中 XB24 磷酸化水平显著升高，而 SnRK1β1A 过表达植株中则显著降低。Gas2 可增强 SnRK1β1A 与 SnRK1α1 的互作，进一步抑制 SnRK1α1 的免疫调控功能。

小结

该研究通过筛选真菌保守效应蛋白，鉴定到水稻广谱感病基因 SnRK1β1A，阐明了 “真菌 Gas2 蛋白靶向稳定 SnRK1β1A，进而拮抗 SnRK1α1 激酶活性、抑制宿主免疫” 的致病机制，首次证实敲除 SnRK1β1A 可在不影响水稻生长发育和产量的前提下，赋予其对稻瘟病、纹枯病等多种真菌病害的广谱抗性，解决了传统抗病育种中 “抗病性与产量平衡” 的难题。该发现为作物广谱抗病育种提供了新的分子靶点和技术策略，对保障全球粮食安全具有重要意义。

文章：https://doi.org/10.1038/s41586-026-10273-5