水稻是世界一半以上人口的主要作物,其可持续生产对于确保全球粮食安全至关重要。然而,水稻易受几种破坏性真菌疾病的影响,包括由稻瘟菌引起的稻瘟病、由立枯丝核菌引起的纹枯病、由稻曲病菌引起的稻曲病、由稻瘟菌引起的褐斑病、由藤仓镰孢引起的恶苗病和由禾谷镰孢菌引起的穗枯病。这些真菌疾病易感性的潜在机制仍不清楚。
2026年3月25日,中国农业大学彭友良团队在Nature 在线发表题为“Inactivating SnRK1β1A promotes broad-spectrum disease resistance in rice”的研究论文。该研究揭示了水稻中的一个感病基因SnRK1β1A,其编码蛋白被多种稻瘟菌、纹枯菌、稻曲菌等真菌病原体共同靶向,破坏该基因能够显著增强水稻对多种真菌病害的抗性,且不牺牲正常条件下的产量。这一发现为培育广谱抗病水稻品种提供了重要靶点。点击阅读:重大进展!崖州湾国家实验室博士后一作发表Nature研究论文另外,2026年3月5日,中国农业大学梁鹏博、德国弗赖堡大学Thomas Ott共同通讯在Science在线发表题为“Nanodomain-localized formin gates symbiotic microbial entry in legume and solanaceous plants”的研究论文。该研究证明了肌动蛋白结合形式SYFO2对于截形苜蓿根瘤菌感染是不可或缺的,它在相分离和共生特异性纳米域中驱动肌动蛋白聚合。SYFO2还调节在结瘤枝以外的植物中菌根共生期间形成的共生体活性丛枝,这表明它还被招募来促进豆科植物中的根瘤菌感染。作为在非豆科植物中实现固氮的目标的一部分,可以将RNS主调节子根瘤起始(NIN)稳定引入天然非寄主番茄中来激活内源SYFO2。这证明了将丛枝菌根相关基因募集到工程化的结瘤特异性途径中的可能性(点击阅读:里程碑!刚刚,中国农业大学再发Science)。2026年2月25日,中国农业大学杨淑华、施怡婷共同通讯在Nature在线发表题为“Rewiring an E3 ligase enhances cold resilience and phosphate use in maize”的研究论文。该研究系统揭示了玉米中关键E3泛素连接酶NLA(NITROGEN LIMITATION ADAPTATION)在低温响应与磷吸收调控中的核心枢纽作用,阐明其在协调逆境适应与养分利用中的关键分子机制。研究进一步结合人工智能辅助的蛋白设计与基因编辑技术,实现了NLA蛋白功能的定向优化与精准重塑,成功解耦了作物耐寒性与磷吸收的负相关,创制出兼具强耐寒性和高磷利用效率的新型玉米种质,有效提升了低温胁迫下的产量表现(点击阅读:重大进展!刚刚,中国农业大学发表Nature研究论文)。
像所有其他种类的植物一样,水稻在整个生长、发育和生产阶段都会受到各种真菌病害的侵袭。这些疾病中有几种特别具有毁灭性,包括稻瘟病、纹枯病、稻曲病、褐斑病、恶苗病和头疫病,每一种都会导致严重的产量损失。应对这些真菌疾病威胁对确保全球粮食安全提出了严峻挑战。在可用的策略中,使用抗性品种仍然是控制植物病害的最经济和环境友好的措施。然而,目前市场上没有商业水稻品种具有对这些真菌病害的广谱抗性。
易感性基因是被病原体吸收以促进感染的植物基因,其功能的丧失通常会导致抗病性增强。已经在各种植物物种中鉴定了数百种S基因,隐性S等位基因已成功用于作物抗性育种计划,如mlo11和pi21。CRISPR–cas 9介导的基因编辑技术的进步使S基因破坏成为工程抗病植物的一种有前途的策略。成功的例子包括小麦的Mlo和TaPsIPK1的精确编辑,Pi21,水稻的RBL1Δ12和SWEETs,玉米的ZmNANMT,番茄的SIDMR6-1和马铃薯的StPM1。然而,除了作为易感性因素,大多数S基因在植物生长和发育中起着关键作用,它们的破坏会导致生长和产量下降。因此,挑战仍然是有效地识别S基因,当抑制时,赋予广谱抗病性,但不损害植物的适应性和生产力。Gas2是水稻主要病原真菌中保守的毒力因子(图源自Nature )该研究发现SnRK1的β亚单位SnRK1β1A赋予了这些真菌疾病广谱的易感性。研究结果表明,不同的水稻真菌病原体进化出了一种效应样蛋白Gas2,它与SnRK1β1A相互作用,以防止其泛素化介导的降解,并促进其核易位。SnRK1β1A在真菌感染上被显著诱导,通过抑制SnRK1α1(已知SnRK1的α亚单位正调节水稻的广谱抗性)来促进易感性。值得注意的是,在正常农业条件下,具有破坏的SnRK1β1A的水稻品系对几种真菌病害具有抗性,而不损害田间的生长和产量。这项研究表明,通过破坏诱导型易感基因可以实现作物的广谱抗病性,诱导型易感基因编码的蛋白质被几种病原体中保守的效应子靶向。
彭友良团队的博士毕业生袁贵鑫(现为崖州湾国家实验室博士后),卢训莉副教授,博士毕业生王邢斌为论文的共同第一作者,彭友良教授为论文的通讯作者。彭友良团队的博士后王世维、博士研究生李梦菲、黄兆祥、张峰瑞,以及张鑫博士、杨俊教授、郭海龙教授、Vijai Bhadauria教授、朱旺升教授、赵文生教授,海南大学李志刚副教授,崖州湾国家实验室的周俭民研究员和袁猛教授参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金重大项目、水稻产业体系、拼多多-中国农业大学研究基金、农林生物安全全国重点实验室联合攻关项目以及中国农业大学2115人才培育发展计划等的资助。
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10273-5