水稻生產對全世界的糧食安全至關重要。然而，稻瘟病真菌（Magnaporthe oryzae）在全世界範圍內造成破壞性疾病和巨大的產量損失。因此，開發和培育對稻瘟病具有廣譜抗性的水稻，對確保全球糧食生產具有重要價值。
在一項新的研究中，中國科學院分子植物科學卓越創新中心的何祖華（He Zuhua）課題組報告了一個新的免疫-代謝調控網路，並在賦予水稻對稻瘟病真菌廣譜抗性的遺傳和分子機制方面取得了突破。相關研究結果於2021年12月15日線上發表在Nature期刊上，論文標題為“NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity”。
在2017年，何祖華課題組確定了廣譜抗稻瘟病基因Pigm。在這項新的研究中，他們首次發現免疫蛋白PigmR支配著與真菌毒力效應蛋白的軍備競賽，其競爭模式取決於防禦分子產生的關鍵代謝途徑，這使得基礎抗性（basal defense, PTI）和小種專化抗性（race-specific defense, ETI）同步進行。
PICI1與PigmR相互作用，調節PigmR介導的稻瘟病抗性和PTI反應。圖片來自doi:10.1038/s41586-021-04219-2
這些作者首先確定了一個新的植物去泛素酶---PICI1---作為水稻PTI和ETI的一個免疫中樞。PICI1主要透過防禦性植物激素乙烯的生物合成讓蛋氨酸合成酶去泛素化並讓這種酶保持穩定來啟用蛋氨酸介導的免疫。然而，PICI1是稻瘟病真菌毒力效應物的降解靶標，以抑制免疫力。換言之，NLR免疫受體，如PigmR，保護PICI1免受效應物介導的降解，以重新啟動調控植物免疫的蛋氨酸-乙烯級聯反應。
因此，他們發現了一個以前未知的植物宿主免疫蛋白介導的與病原體的軍備競賽，它保障了植物中初級代謝物的生物合成和免疫運作。
此外，這些作者發現PICI1的自然變異有助於水稻亞種秈稻和粳稻之間的田間抗稻瘟病差異，為農作物的廣譜抗稻瘟病提供了一個潛在的育種靶標。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Keran Zhai et al. NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-04219-2.
