四川农业大学研究揭示水稻稻曲病的抗性基因

世界农化网中文网报道：水稻（Oryza sativa L.）是一种重要的作物，作为全球主食。水稻生产受到许多病害的威胁，如稻瘟病、鞘枯病和细菌性病害。经过大量的研究工作，在防治这些病害方面已经取得了重大进展。然而，随着高产水稻的广泛种植和大量施用氮肥，水稻稻曲病已经成为一种新的病害，在全世界范围内发生率越来越高，包括在中国、印度和美国。水稻稻曲病是由活体营养型病原真菌Ustilaginoidea virens引起的，它产生对人类和动物有毒的ustiloxins和ustilaginoidins。该真菌专门感染水稻的花器官，阻止受精和种子形成。然而，人们对U. virens-水稻相互作用的分子机制和花的抗性的遗传基础知之甚少。U. virens只在开花后期攻击发育中的小花，形成稻曲球。U. virens的侵染过程包括外稃和内稃表面的附生生长阶段，以及雄蕊和雌蕊组织的细胞间感染阶段。U. virens主要感染雄蕊花丝，需要雄蕊来发展稻曲球。U. virens感染限制了雄蕊的发育，阻碍了开花和受精，导致患病小穗的种子生产失败。然而，尽管宿主诱导的U.virens致病基因的基因沉默可用于工程化抗稻曲病，但目前还没有针对U.virens的有效水稻抗性基因可用于育种。识别稻曲病抗性基因的正向遗传学研究仍然具有挑战性，因为可靠的田间条件被证明太难再现了。

2022年10月15日，国际权威学术期刊Molecular Plant发表了四川农业大学王文明/樊晶团队的最新相关研究成果，题为Enhanced production of OsRACK1A, an effector-targeted scaffold protein that promotes OsRBOHB-mediated ROS production, confers rice floral resistance to false smut disease without yield penalty的研究论文。

在这篇文章中，科研人员报告了U. virens分泌一个细胞质效应因子UvCBP1来促进水稻花的感染。从机制上讲，UvCBP1与水稻支架蛋白OsRACK1A相互作用，竞争其与NADPH氧化酶OsRBOHB的相互作用，导致抑制活性氧（ROS）的产生。尽管自然变异分析没有发现避免被UvCBP1锁定的OsRACK1A变体，但OsRACK1A的表达水平似乎与水稻种质中对U. virens的田间抗性相关。重要的是，过度产生OsRACK1A可以恢复OsRACK1A-OsRBOHB的关联，并促进OsRBOHB的磷酸化以提高ROS的产生，从而对U. virens产生抗性，同时不影响水稻产量。因此，科研人员的研究结果揭示了一种新的致病机制，该机制由一种花卉特异性病原体的基本效应因子介导，并为平衡抗病性和作物产量提供了宝贵的遗传资源。

图. UvCBP1在U.virens感染期间被转运到水稻花细胞

图. UvCBP1抑制水稻免疫并促进U. virens感染

图. OsRACK1A的表达水平与水稻种质中的稻曲病抗性相关

图. 过度产生OsRACK1A会促进OsRACK1A-OsRBOHB的相互作用、OsRBOHB的磷酸化和稻曲病抗性