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近日，Cell及Science主刊分别发表中国学者在植物科学领域取得的重大突破性结果，分别为
（一）何祖华研究团队在国际顶尖学术期刊《Cell》在线发表题为“Ca2+ Sensor-Mediated ROS Scavenging Suppresses Rice Immunity and Is Exploited by a Fungal Effector”的研究论文。这是该研究团队继2017年在《科学》（Science）发表水稻广谱抗病新机制后的又一重大进展。研究揭示了水稻钙离子新感受子ROD1精细调控水稻免疫，降低水稻因广谱抗病而引发的生存代价，平衡水稻抗病性与生殖生长和产量性状的分子机制；
（二）河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室王学路团队在《Science》上发表了题为“Light-induced mobile factors from shoots regulate rhizobium-triggered soybean root nodulation”的研究论文，揭示了大豆中受光诱导表达的GmFTs（FLOWERING LOCUS T）和GmSTF3/4（orthologs of LONG HYPOCOTYL 5）从地上移动到地下，在根中被根瘤菌激活的共生信号关键组分CCaMK磷酸化激活，诱导根瘤形成的机制。
两篇文章详细解读如下：
何祖华团队研究结果：
研究发现ROD1作为一个新的植物免疫抑制中枢，通过降解具有免疫活性的超氧分子（ROS），从而抑制植物的防卫反应。因此，在没有病原菌侵染时，植物的基础免疫维持在较低水平，有利于水稻生殖生长，进而提高产量。但当病原菌侵染时，植物进化出了聪明的免疫激发新途径：通过降解ROD1减弱其功能，从而保证植物在抵御病原菌时能产生有效的防卫反应，不至于迅速发病枯死，并能繁殖后代。
ROD1招募过氧化氢酶CatB到细胞质膜附近清除活性氧
另一方面，病原菌和植物长期处于“军备竞赛”的协同进化过程中。研究发现水稻稻瘟病菌会进化出模拟ROD1结构的毒性蛋白，在植物体内盗用ROD1的免疫抑制途径，实现侵染的目的。由于植物无法逃避病原菌的侵染，因此进化出了与病原菌共同生存的策略：通过适当减弱植物的抗病能力，来保证其生长繁殖，延续后代，让植物抗病性与繁殖力维持相对平衡的水平。这就是植物聪明的生存之道。
稻瘟病菌效应蛋白AvrPiz-t模拟ROD1的结构及功能
以往相关研究聚焦在钙离子信号如何激活植物免疫的问题，但该结果揭示了一条以钙离子受体ROD1为核心的免疫抑制新通路，以及植物与病原菌利用蛋白质结构模拟介导的协同进化机制，为植物免疫领域研究提供重要的新启示。该研究首次说明作物能够选择与气候或栽培条件相适应的免疫策略，让植物抗病能力与生长发育即环境适应性达到最佳平衡。该研究组进一步挖掘ROD1的育种应用价值，通过对3000多种差别水稻品种的基因序列分析，发现ROD1单个氨基酸的改变可以影响其抗性和地理分布，说明作物抗病性受地域起源的选择，丰富了作物驯化的理论基础。此外，研究还发现ROD1的功能在禾谷类作物中是保守的，从而提出了可以通过编辑或操纵这类新的感病基因实现广谱抗病的新策略，对培育高产高抗的作物品种具有重要的指导意义和应用潜力。
ROD1自然变异的地理分布
ROD1介导的免疫反应作用模型
中科院分子植物卓越中心高明君、何洋、尹昕和钟祥斌为共同第一作者，何祖华研究员、杨卫兵研究员和钟祥斌博士为共同通讯作者。美国俄亥俄州立大学王国梁教授、法国农业国际合作研究发展中心Didier Tharreau教授、中国农业科学院作物科学研究所徐建龙研究员以及华南农业大学张桂权教授等加入了本项工作的研究。本研究也得到了韩斌研究员和黄学辉教授在基因组序列比较和进化分析上给予的大力帮助。本课题受到国家自然科学基金、中科院先导专项、科技部重点专项等的资助。
论文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01056-4
王学路团队研究结果：
该研究首先设计了一系列精巧的实验，证明光合产物和光信号在调控共生结瘤过程中的作用差别，光合产物是促进根瘤菌侵染植物所必需的，但是来自地上的光信号是促进大豆地下根瘤发育的关键因子。研究发现，大豆中受光诱导的蛋白GmFTs和GmSTF3/4，从地上移动到地下，在根中相互依赖促进根瘤形成。进一步通过质谱、分子生化和遗传分析证明，共生信号通路关键组分CCaMK被根瘤菌激活后通过磷酸化GmSTF3/4，促进GmSTF3/4和GmFTs互作。GmFTs-GmSTF3/4能够直接激活根瘤起始关键基因NIN、NF-YA1和NF-YB1的转录，从而调控根瘤形成。
综上所述，该研究揭示了CCaMK-STF-FT模块整合地上光信号和地下共生固氮信号，调控根瘤形成的机制。该机制使宿主植物的根能够感知地上环境是否能可持续地为地下共生固氮提供必需能量，从而开启根部共生结瘤。该研究揭示了植物地上-地下协同发育的新机制，为设计在暗处也可以共生固氮的新型植物提供了关键技术手段，为优化生物圈碳-氮平衡提供了新思路。
河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室王学路教授和孙世勇教授为该论文的通讯作者，王学路教授团队的王涛博士为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技部国家重大科学研究计划以及河南大学经费的支持。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh2890 |
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