稻瘟病由絲狀子囊真菌稻瘟病菌侵染引起，是水稻中最嚴(yán)重的病害之一，也是植物十大真菌病害之首。有著“水稻癌癥”之稱的稻瘟病是威脅糧食生產(chǎn)安全的重要因素。田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在24～26℃及以下溫暖環(huán)境稻瘟病容易流行，溫度達(dá)到28～30℃及以上則不利于稻瘟病的發(fā)生，其具體原因一直未知。
2月23日，《分子植物》（Molecular Plant）在線發(fā)表了中國水稻研究所水稻—病原菌互作團(tuán)隊的研究論文，揭示了溫度調(diào)控稻瘟病發(fā)生的機(jī)制。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)西南作物基因資源發(fā)掘與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室教授陳學(xué)偉認(rèn)為，這是氣候環(huán)境因子影響植物抗病性研究領(lǐng)域內(nèi)的又一重要成果。
對溫度敏感的“水稻瘟疫”
植物病害的發(fā)生、發(fā)展到流行，取決于病原、寄主植物和環(huán)境因素三要素的綜合作用。本文通訊作者、水稻所研究員寇艷君介紹，溫度是最重要的環(huán)境因素之一，不僅影響病原菌的致病力，同時還調(diào)控宿主植物的抗性。
“全球環(huán)境溫度升高可能是未來幾十年氣候變化的一個重要趨勢，可能改變病害的流行區(qū)域、發(fā)生時間以及導(dǎo)致新致病菌株和病原菌的流行等。”寇艷君說，研究溫度調(diào)控植物免疫反應(yīng)的機(jī)理，科學(xué)應(yīng)對氣候變化防控各種植物病害的發(fā)生尤為重要。
陳學(xué)偉指出，以全球變暖為主要特征的氣候變化是人類面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一，對生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來諸多風(fēng)險，其中包括維系人類生存發(fā)展的糧食生產(chǎn)。
水稻等糧食作物的安全生產(chǎn)是國家安全的重要基礎(chǔ)，而農(nóng)業(yè)病蟲害的爆發(fā)與溫度、濕度等氣候條件關(guān)系密切，給糧食安全帶來了巨大威脅。“在全球變暖的趨勢下，通過科技創(chuàng)新手段來破解病蟲害威脅、增強(qiáng)糧食保障能力，成為了各國農(nóng)業(yè)科技競爭的重點(diǎn)。”陳學(xué)偉說。
陳學(xué)偉說，揭示水稻抗病遺傳基礎(chǔ)理論，培育水稻抗病品種，是解決病害威脅、促進(jìn)糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)最為經(jīng)濟(jì)有效的途徑，也一直是植物學(xué)和植物病理學(xué)研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。
在田間，水稻稻瘟病易在溫暖潮濕條件下流行，而在相對較高的溫度下卻不易發(fā)生。長期以來，人們對這一病害如何受溫度等氣候因子的影響及其調(diào)控機(jī)理很不清楚，限制著人們對水稻等作物抗病機(jī)理的全面了解和抗病改良應(yīng)用。
茉莉酸甲酯：稻瘟病防控有效藥物
論文第一作者、水稻所助理研究員邱結(jié)華介紹，此前，科學(xué)家曾利用擬南芥—丁香假單胞菌系統(tǒng)，揭示了溫度變化調(diào)控擬南芥對細(xì)菌病害抗性的機(jī)制。然而，對于溫度如何調(diào)控植物病原真菌的致病力與宿主抗性，尤其是在作物中，人們知之甚少。
該研究利用水稻—稻瘟病菌系統(tǒng)解析了溫度調(diào)控植物對真菌病原體抗性的機(jī)制。
結(jié)果表明，暖溫環(huán)境削弱了植物激素茉莉酸（JA）調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)抗性，有利于稻瘟病害發(fā)生。
邱結(jié)華進(jìn)一步解釋，在溫暖環(huán)境中，茉莉酸合成及信號途徑是水稻抗稻瘟病能力下降的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，而并非在擬南芥中觀察到的水楊酸和乙烯合成及信號途徑。因此，單子葉植物水稻和雙子葉植物擬南芥在溫度調(diào)節(jié)宿主抗性的機(jī)制上存在明顯差異。
病原體相關(guān)分子模式（PAMP）觸發(fā)免疫是植物抗病性的早期事件之一。過去，人們傾向于認(rèn)為茉莉酸信號網(wǎng)絡(luò)位于PAMP信號網(wǎng)絡(luò)的下游，PRR（模式識別受體）位于級聯(lián)信號的頂部。該研究發(fā)現(xiàn)，在溫度調(diào)節(jié)的稻瘟病抗性中，茉莉酸信號途徑可能在PAMP觸發(fā)免疫的上游發(fā)揮作用。
進(jìn)一步研究表明，施用茉莉酸甲酯能明顯提高暖溫環(huán)境下水稻對稻瘟病抗性，因此茉莉酸甲酯可作為稻瘟病防控的有效藥物。
研究植物抗真菌病害的理想系統(tǒng)
陳學(xué)偉說，該研究揭示了溫度調(diào)節(jié)植物對真菌病害的抗性機(jī)制，加深了人們對環(huán)境—植物—病原真菌三者相互作用機(jī)制的理解，為科學(xué)應(yīng)對全球氣候變暖，開發(fā)新的稻瘟病防治策略以及保障糧食安全，提供了重要理論依據(jù)。
寇艷君說，該研究表明，水稻—稻瘟病菌可作為研究溫度調(diào)節(jié)植物抗真菌病害機(jī)制的理想系統(tǒng)。此外，水稻對稻瘟病抗性與擬南芥對丁香病抗性的溫度調(diào)節(jié)機(jī)制明顯不同，可以更好地揭示不同物種抗病性的溫度調(diào)節(jié)機(jī)制，為制定有效防控策略、提高作物在不同溫度條件下的抗病性，以及為培育耐溫度變化的抗病作物提供理論基礎(chǔ)。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年英才計劃等項目資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.02.014
