水稻如何给免疫反应踩“刹车”？中国科学家揭秘，可用于增产

由OsCIE1介导的泛素蛋白“制动器”调控OsCERK1共生产量/免疫平衡的机制示意图。

除了化肥和基因，还有什么方法能让水稻增产？

来自中国的科学家正在尝试使用微生物的方法，比如菌根共生，像大豆与根瘤菌一样。

中国科学院院士何祖华表示，雨后春笋长得快，也跟微生物共生有关。

值得注意的是，同样是真菌，有的真菌能与水稻共生，让水稻增产，有的却让水稻“生病”减产。

如同人体的过度免疫反应会对自身造成伤害一样，水稻过度激活的免疫反应也会阻碍了其生长，以及菌根共生的建立。

水稻是如何有效调控可能被过度激活的免疫反应的？

换句话说，它是如何给自己的免疫反应踩“刹车”的？

长久以来，这一直是科研界尚待揭晓的谜团。

北京时间5月15日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛团队、张余团队以及何祖华院士团队在水稻免疫机制研究上取得了重大突破。

“一把双刃剑”

通过遗传学、结构生物学等方法，研究人员解析了水稻细胞表面的关键受体蛋白OsCERK1结构和活性的调控细节。

该蛋白能够识别免疫信号或共生信号，特异介导植物的共生或免疫反应。研究人员发现，一种名为OsCIE1的调控蛋白能够束缚OsCERK1激酶活性。

该研究成果不仅阐明了植物协同调节免疫、共生和生长发育的分子机制，同时也为未来绿色农业生产提供了基因资源。

目前，通过促进菌根共生、提高水稻抗病能力的方法，这一成果正在进行万亩稻田实验，未来有望应用到玉米、小麦等农作物的增产增收上。

该成果以“Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice（水稻通过释放泛素制动器来激活由OsCERK1介导的免疫反应）”为题，在国际顶级学术期刊《自然》上发表，为深入理解植物如何巧妙使用免疫系统这把双刃剑协调抗病、共生和生长的平衡奠定了理论基础。

何以突破

然而攻克上述科学难题的过程充满艰辛。

谈及其中最大的难题，共同第一作者王钢博士后和陈曦博士表示，“是格局。”

“别人说1+1=2，我们结果发现1+1不等于2，但是我们当时一定要想办法找到证据再次证明1+1=2。”他们表示。

长期以来，人们认为泛素化意味着一个蛋白要被降解了。但王钢博士后和陈曦博士在实验中迟迟找不到OsCERK1蛋白被降解的现象。

“大概两年的时间，全是卡在这一步。”王二涛研究员表示。

“别人画了一个模板，我就想怎么样做，能够适应这个模板，当时我们没有勇气去挑战。”王钢博士和陈曦博士说。

随后，等他们跳出这个束缚，问题迎刃而解。

“我们解析了这个蛋白的磷酸化位点，发现它是跨物种保守的。不仅仅是在水稻，在人、斑马、鱼和果蝇中都非常保守。在果蝇中，它甚至会影响寿命的长短。”王钢博士后和陈曦博士介绍。

对于未来，王二涛研究员描述了一个梦——微生物驱动的绿色农业发展梦。

他说，“我们最后的理想的情况就是，农作物的地上部分是非常抗病的，这样，农药的使用量可以降下来。农作物的地下部分，可以与微生物共生，帮助植物从环境中获取营养。这些微生物其实我们还可以优化，促进它们和植物互作。未来绿色农业的发展是由微生物驱动的。这是我们未来5~10年或10~20年内希望看到的场景。”

对于上述由三个研究组“一网打尽”式的联合攻关完成的科研成果，研究突破是怎么达成的？

何祖华院士认为，“一个原因是我们有最优秀的科研人员；二是我们研究所有这样的氛围——多学科交叉、支撑、合作，这是我们特色和文化。”“我们做的是基础研究，目标是国家需求。”

中国科学院院士韩斌总结称，一是要有好的科学问题；二是在青年科学家没成名之前，机构和政府要多重视一点，多支持一些。包括王二涛在内，中国科学院分子植物科学卓越创新中心的青年科学家都很活跃。“中国科学院的文化是，对年轻人的十年内的科研工作都大力支持。”