全球氣候變暖背景下,臺風活動愈發頻繁,水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異加速等問題疊加,導致白葉枯病的發生范圍持續擴大。這一病害嚴重威脅水稻產量,加強抗病基因挖掘與育種應用研究,成為保障糧食穩定供給的關鍵需求,也是我國生物育種領域亟待突破的重大課題。
近期,科研團隊在水稻抗病研究領域取得重要進展。由中國科學院分子植物科學卓越創新中心、上海交通大學、浙江大學組成的聯合團隊,通過系統研究水稻免疫模塊的馴化選擇機制,成功挖掘出抗白葉枯病新基因Xa48。該成果不僅為作物抗病分子育種提供了具有自主知識產權的核心基因資源,更首次在作物中證實:基礎抗病網絡與病菌小種專化性抗病網絡的疊加,可重構野生稻的廣譜抗病性,同時維持高產特性,為育種實踐開辟了新路徑。
植物免疫系統的演化是長期馴化的結果。從野生稻到現代栽培稻的進程中,抗病基因的選擇受生長與防御平衡的制約,不同生態區的環境壓力導致基因差異保留。例如,秈稻主要種植于白葉枯病高發的東南亞及長江以南地區,而粳稻歷史上分布于長江以北水患較少區域。隨著農業灌溉體系完善,北方病害壓力減輕,粳稻基因組中抗病基因Xa48逐漸被淘汰,僅在部分南方秈稻品種中保留。
研究團隊通過大規模篩選數千份水稻資源,利用能突破國際首個克隆抗病基因Xa21防御的毒性菌株,在秈稻品種“雙科早”中定位到新基因Xa48。進一步分析發現,Xa48與OsVOZ1蛋白形成的模塊會顯著降低粳稻產量,這是其被馴化剔除的關鍵原因。這一發現解釋了抗病基因在不同水稻亞種中的分布差異,為精準育種提供了理論依據。
為驗證抗病網絡的協同效應,團隊構建了水稻白葉枯病抗性綜合平臺。該平臺以XA21(基礎抗病基因)和XA48(專化性抗病基因)為核心,通過雜交聚合兩種抗性,培育出新品系水稻。田間試驗表明,這些新品系在經歷臺風、洪水等極端氣候后,仍能在不同稻區保持穩定抗性,且產量等農藝性狀未受影響。實驗證明,基礎抗病性如同人體對感冒的普遍防御反應,而專化抗病性則針對特定病原菌變種產生強效抵抗,二者疊加可實現廣譜抗病與高產的統一。
這一突破為作物病害綠色防控提供了新策略。傳統育種往往側重單一抗性,而新范式通過整合多層次免疫網絡,既拓展了抗病譜系,又增強了抗性強度。研究團隊表示,下一步將探索該模式在其他作物中的適用性,推動抗病育種從“被動應對”向“主動設計”轉變。











