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这项突破,给水稻装上抗病毒“开关”
2026-03-02 16:03
来源:光明日报微信公号
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  水稻患上了病毒病,往往矮化、分蘖增多,严重的甚至绝收。福建农林大学吴建国教授团队联合国内外科研人员,成功“破案”了病毒导致水稻发病的完整机制,并利用基因编辑技术为水稻精准装上抗病毒“开关”。这一成果不仅破解了困扰学界的植物免疫谜题,更重要的是,为培育“抗病不减产”的水稻新品种开辟了全新路径。相关研究论文北京时间2月25日在线发表于国际顶尖期刊《细胞》(Cell)。

  科学家们已知,植物体内存在一套高度保守的“免疫系统”——RNA干扰机制,它能像“剪刀”一样识别并切割病毒的遗传物质。然而,当病毒来袭时,这套系统是如何被调动起来的,一直是未解之谜。

  吴建国团队在研究中发现了一个关键“枢纽”:独脚金内酯激素信号通路。这是一种植物激素,此前被认为主要调控水稻的分蘖(即控制“发棵”多少)。但此次研究首次证实,它同样是水稻激活抗病毒免疫所必需的“信号兵”。

  病毒侵染后,会试图“切断”这个信号通路。研究团队以引发水稻严重矮化的水稻草状矮化病毒(RGSV)为切入点,利用冷冻电镜技术在原子层面“看见”:病毒编码的P3蛋白像一个“流氓插头”,插在了独脚金内酯受体的结合位点上,直接阻断了激素信号的正常传导。信号一断,下游的抗病毒RNAi免疫机制随之“熄火”,水稻便失去了抵抗力。

  “这就像一个精密的‘兵棋推演’,病毒封死了我们的‘传令兵’,导致前线免疫系统瘫痪。”吴建国教授解释。

独脚金内酯信号介导水稻抗病机制及病毒反防御机制模式图

 

  找到了病毒的“作案手法”,研究团队开始设计“反制措施”。他们精准定位了病毒P3蛋白与受体结合的“抓手”位置,通过理性设计,成功筛选出D14受体的特定突变体(D102A/N)。这个突变体就像是换了一把“锁芯”,让病毒的“万能钥匙”P3蛋白无法再插入,同时又能保证正常的激素信号畅通无阻,不影响水稻的生长发育。

  更为关键的一步,是利用单碱基编辑技术,将这把换好的“锁芯”精准写入了水稻基因组。经过田间试验验证,这种经过“基因手术”改良的水稻,不仅对水稻草状矮化病毒表现出了极强的抵抗力,还对同属呼肠孤病毒科的多种重要水稻病毒具有广谱抗性。更重要的是,改良后的水稻株型挺拔、穗粒饱满,产量和主要农艺性状与常规品种没有明显差异,真正实现了“抗病又不减产”的育种目标。

  这项研究完成了一个从“书架”走向“货架”的完整闭环。它不仅标志着我国在植物免疫理论上的重大跃升,更为未来作物抗病育种提供了一个可复制的“解码机制—锁定靶点—精准编辑”新范式,为保障粮食安全提供了有力的科技支撑。

  据悉,随着该论文发表,近十年来福建农林大学以第一作者或通讯作者单位已在CNS三大顶刊已共计发表论文22篇,其中以第一作者完成单位发表论文18篇;以通讯作者完成单位发表论文19篇。同期,福建农林大学还以第一作者或通讯作者单位在CNS子刊发表论文500多篇。(来源:光明日报微信公众号 冯家照 张伟

 

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