四川農大在《科學》發文 揭示單基因調控水稻產量與抗性的協同作用機制

9月7日，國際頂尖學術期刊《科學》線上發表了四川農大與中國科學院遺傳與發育生物學研究所、加州大學戴維斯分校合作完成的研究論文“A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice”（水稻轉錄因子IPA1促進高產並提高免疫），該研究發現了水稻理想株型建成的關鍵基因IPA1在水稻稻瘟病抗病過程中的作用，並揭示了IPA1既能增加產量又能提高稻瘟病抗性分子作用機制，為培育高產抗病水稻新品種提供了重要理論基礎和應用途徑。

水稻是我國的主要糧食作物，其安全生產關係國計民生。培育既抗病又高產的品種是糧食綠色安全生產的重要保障。但通常認為產量與抗性是兩個拮抗的過程，存在此消彼長的關係，當植物受到病原菌侵害時，會消耗營養用來抗病，使得發育受阻。因此，解析產量與抗性間的作用機制並在育種應用中實現二者間的協同調控，對於培育高產高抗水稻品種意義重大。近年來，雖然已報道過多個基因在提高植物抗性的同時不影響產量。但是，同時增加植物的產量並提高抗性的單個基因尚未報道。該研究報道了IPA1這個單基因既能增加水稻產量又能提高稻瘟病抗性，打破了單個基因不可能同時實現增產和抗病的傳統觀點，為高產高抗育種提供了重要理論基礎和實際應用新途徑。

此次研究成果是多個研究團隊強強聯合共同努力取得的成果。四川農大水稻所王靜副研究員、碩士研究生周練、石輝、美國戴維斯分校MawshengChern博士和中國科學院遺傳與發育生物學研究所的餘泓副研究員為論文第一作者；四川農大陳學偉研究員、中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士、王靜為共同通訊作者。四川農大為論文第一完成單位。

IPA1是一個非常重要的基因，它對水稻理想株型的建成起核心調控作用，可以讓水稻長得莖稈粗壯、無效分櫱數減少、穗子變大、產量增加等，在實際育種中已經得到大量運用。

“在實際育種中，我們發現IPA1除了能促進高產外，也可以在一定程度上提高基礎抗性，這項有趣的發現，讓我們覺得有必要去深入解析一下這一現象背後的具體作用機制。”王靜介紹。

據悉，此項研究從2012年開始啟動，歷經幾年的艱苦摸索，終於將研究推向深入。研究發現：IPA1在增加水稻產量的同時，還能提高水稻對稻瘟病菌的抗性，並進一步研究發現，IPA1的磷酸化修飾是平衡產量與抗性的關鍵調節樞紐。

通俗來說，IPA1是個非常“聰明”的基因，它可以根據水稻實際情況“選擇”是提高抗性還是促進發育：沒有受稻瘟病侵襲時，IPA1“選擇”負責水稻理想株型的建成，調控水稻產量；受稻瘟病菌侵襲時，IPA1受稻瘟病菌誘導磷酸化，“口味”發生了變化，傾向於促進抗病相關基因的表達，從而增強水稻免疫反應，提高抗病性。更為“智慧”的是，一旦水稻體內的免疫系統被啟用，IPA1又很快恢復到之前的狀態，繼續保證水稻發育的正常進行（圖一）。

水稻轉錄因子IPA1促進高產和提高抗病性的模式

該論文的發表實現了四川農大在《科學》雜誌發表論文零的突破，該雜誌最新影響因子（2017年）為41。058。這也是四川農大陳學偉團隊繼去年在《細胞》上發表高水平論文後取得的又一重大研究成果。

近年來，四川農大高舉學術為天的治學理念，注重實施人才強校戰略，透過引進高層次人才、學科建設雙支計劃、教職工獎勵、科研後補助等措施，匯聚人才動能，激發科研活力，不斷提升學校核心競爭力。陳學偉研究員2011年作為高階人才引進到四川農業大學工作，他在水稻重大病害理論與應用研究方面取得一系列原創性研究成果，近年來，在Cell、Science、PNAS等主流期刊發表SCI論文57篇，累計影響因子351。其相關研究成果被中國科協評選為2017年度“中國生命科學十大進展”，農業部2017年度“中國農業重大科學進展”。（光明融媒通訊員張俊賢 記者李曉東）