分子植物卓越中心在植物識別病原和共生微生物研究中取得重要進展

　　水稻是我國主要的糧食作物。水稻生產面臨著挑戰：一是水稻生長過程中常受到稻瘟病菌等病原真菌的侵擾，過度依賴化學農藥，從而對環境和食品安全構成威脅；二是水稻對磷、氮等營養元素的需求，導致過度施肥，污染環境。因此，探索水稻免疫和共生的機制，提高作物抗病性和營養吸收，是農作物育種的重要方向。

　　促進水稻營養吸收和生長的叢枝菌根真菌與對水稻造成毀滅性病害的稻瘟病菌均屬于真菌。它們的細胞表面均覆蓋著名為幾丁質的多聚糖類物質。那么，植物如何區分“有益”和“有害”微生物？原來是“長短有別”：短鏈幾丁質可以作為共生信號，而長鏈幾丁質則會觸發植物的抗病免疫反應。在建立互惠互利共生關系時，共生菌根真菌會釋放大量短鏈幾丁質作為信號，通知植物為建立共生關系做準備。而病原菌則會避免幾丁質分子的“泄漏”，尤其是長鏈幾丁質，以免被植物識別并激活免疫反應。水稻細胞表面的關鍵受體蛋白OsCERK1能夠辨別免疫信號或共生信號，特異介導植物的免疫或共生反應。然而，這需要一定的監管。若受體OsCERK1觸發的免疫反應失控，將引發過度的免疫反應。這雖然對病原體抵抗增強，但阻礙了植物生長和與互惠菌根共生的建立。關于水稻體內如何有效調控這種潛在的過度激活的免疫反應，一直是尚待揭曉的謎團。

　　5月15日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊、張余團隊以及何祖華院士團隊，在水稻免疫機制研究中取得了重要進展。相關研究成果以《水稻通過釋放泛素制動器來激活由OsCERK1介導的免疫反應》（Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice）為題，發表在《自然》（Nature）上，為剖析植物如何巧妙使用免疫系統這把雙刃劍協調抗病、共生和生長的平衡奠定了理論基礎。

　　該研究發現了名為OsCIE1的調控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。在無病原菌侵染的時期，OsCIE1能夠像“剎車閘”一樣，將名為泛素的小蛋白分子連接到OsCERK1蛋白表面，抑制OsCERK1的激酶活性，防止免疫過度激活。然而，當水稻面臨病原真菌入侵時，真菌細胞壁上的長鏈幾丁質迅速誘導OsCERK1的激酶活性。該激酶將磷酸基團分子添加至OsCIE1蛋白表面的關鍵區域，抑制OsCIE1限制OsCERK1的能力，從而解除“剎車閘”的束縛。此時，免疫信號通路被OsCERK1激活，啟動植物免疫反應，抵抗病原菌的侵染。

　　科研人員利用結構生物學方法，鑒定了控制OsCIE1“剎車閘”松緊的關鍵位點Ser237。當Ser237位點被OsCERK1磷酸化修飾時，如同剎車閘失效，OsCERK1便可展現其威力，積極抵御外敵。而一旦Ser237位點未被磷酸化，“剎車閘”再次發揮作用，OsCERK1則恢復平靜。

　　研究顯示，抵御外敵的同時，OsCERK1控制水稻菌根共生的建立，使叢枝菌根真菌進入植物根系，并利用其發達的菌根網絡協助水稻更高效地吸收磷、氮等關鍵營養物質，促進水稻的生長發育。該研究揭示了OsCIE1這一“剎車閘”及其“松閘”的Ser237磷酸化位點在植物免疫和共生中的作用，闡明了植物協同調節免疫、共生和生長發育的分子機制，并為未來綠色農業生產提供了基因資源。