研究发现水稻抗稻曲病基因

在20世纪80年代以前，稻曲病零星发生，且通常在水稻丰收年份发生，因此民间又称之为“丰谷病”。近年来，稻曲病的发生广泛分布于亚洲、美洲、非洲、欧洲的四十多个水稻种植国家或地区，特别是在我国发生尤为严重，年均发生面积达4500万亩以上。稻曲病不仅影响水稻产量和稻米品质，而且产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异侵染水稻花器官，阻止开花受精和种子形成。由于稻曲病发病极其依赖环境条件，利用正向遗传学鉴定稻曲病抗病基因进展缓慢，目前尚缺乏抗性基因资源用于稻曲病抗病育种。

 

西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室王文明教授团队在植物学期刊Molecular Plant（TOP 1区）上发表了题为“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”的研究论文。该论文报道了一种由稻曲病菌胞质效应子介导的致病新机制，并以效应子为分子探针挖掘到一个显著提高稻曲病抗性、同时不影响水稻产量的基因。

 

该研究发现，稻曲病菌分泌一个细胞质效应子UvCBP1来促进对水稻花器的侵染。从机制上讲，UvCBP1与水稻支架蛋白OsRACK1A相互作用，竞争其与NAPDH氧化酶OsRBOHB的互作，导致OsRBOHB的磷酸化水平降低，从而减少活性氧（ROS）的产生，使水稻感病。尽管自然变异分析没有发现可逃避UvCBP1靶向的OsRACK1A变异体，但OsRACK1A的启动子具有丰富的多态性，且关联分析显示OsRACK1A启动子中一个7873-bp的大片段插入与OsRACK1A的转录水平及稻曲病抗性呈显著负相关。重组自交系群体与单片段代换系的遗传分析也进一步证明了该结果。重要的是，利用转基因手段过表达OsRACK1A不仅能提高水稻对稻曲病的抗性，而且对水稻主要农艺性状和产量没有明显影响。因此，该研究不仅揭示了一种植物花器官病原菌的致病新机理，而且为培育高产抗稻曲病水稻提供了宝贵的遗传资源。

 

西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室的博士后李国邦、硕士生何佳雪和吴金龙、青年教师王贺博士为该论文的共同第一作者，王文明教授和樊晶教授为共同通讯作者。此外，四川农业大学陈学伟教授、李仕贵教授、黄富教授、吴先军教授、徐正君教授等团队为本研究提供了支持。该研究得到了国家自然科学基金、四川省青年科技创新研究团队、四川农业大学双支计划等项目的资助。

稻曲病菌效应子UvCBP1介导的致病机理与水稻支架蛋白OsRACK1A介导的抗稻曲病机制模式图