南京农大学者揭秘阳光与稻瘟病抗性神秘关系
南京农大学者揭秘阳光与稻瘟病抗性神秘关系
稻瘟病是水稻生产上的毁灭性病害，在阴雨连绵、光照不足时常常会大爆发，但是其机制至今仍不清楚。
近日，南京农业大学张正光课题组研究发现，有些水稻品种在光照较弱时，稻瘟病发病严重，而光照强时，则发病弱。阳光和水稻的抵抗力之间有着什么样的神秘关系呢？相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》。
研究表明，水稻体内有一种专门负责吸收和传递光能的水稻捕光复合体(LHC， Light harvesting complex)家族，其成员之一LHCB5，正常情况下会与其工作伙伴PsbS(一种电子转运相关蛋白)一起在叶绿体中组团工作。张正光团队发现，在光照条件下，稻瘟病菌入侵水稻时，LHCB5的第24位苏氨酸发生磷酸化，在水稻体内拉起“战时警报”。
论文通讯作者张正光介绍，水稻“战时警备”状态下，LHCB5会一反常态，加速向叶绿体中积累，撇开老朋友PsbS，自身以“三人特别行动队”的方式快速聚合。大量特别行动队在叶绿体中快速集合“巡逻”和“戒严”，导致叶绿体正常的电子行动不便，转运速率下降，这些电子在叶绿体中大量积累，就找到氧气合作，诱发叶绿体中活性氧的迸发，唤醒了叶绿体内专门的抗病相关基因，从而提高了水稻对稻瘟病菌的抗病性。
该研究同时分析了3000份水稻种质资源，发现LHCB5基因的启动子区域存在丰富的多态性位点(SNPs)，不同的SNPs决定着LHCB5基因转录水平的高低，并且在粳稻和籼稻品种中存在明显分化，粳稻中LHCB5的转录水平显著高于籼稻品种。
论文第一作者、南京农业大学植保学院刘木星博士解释到，进一步对200多份水稻材料进行转录水平和抗性关联性分析，发现LHCB5的转录水平与抗性呈正相关，且LHCB5超表达的转基因水稻对稻瘟病菌不同的小种表现出广谱抗性。有意思的是，LHCB5的磷酸化主要发生在高转录水平的水稻材料中，且LHCB5的磷酸化与抗性呈正相关。更为重要的是，LHCB5磷酸化调控的抗性与含有理想型启动子的后代共分离，证明LHCB5的磷酸化是可遗传的，这对后期选育抗病品种具有重要意义。
早在上世纪60年代，George McNew就提出“病害三角”的概念，即具有致病力的病原物、感病的寄主植物和适宜的环境条件，三者互相配合才能导致病害的发生。以往对水稻抗病性的研究，往往就聚焦在病原物和寄主植物上。
受“病害三角”理论启发，张正光团队此次将研究聚焦在环境条件方面，从遗传和分子生物学水平上揭示了水稻如何利用光照调控自身免疫的机制，为选育抗病水稻品种提供新思路。
相关论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.1905123116
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