稻瘟病由絲狀子囊真菌稻瘟病菌侵染引起，是水稻中最嚴重的病害之一，也是植物十大真菌病害之首。有著“水稻癌癥”之稱的稻瘟病是威脅糧食生產安全的重要因素。田間調查發現，在24～26℃及以下溫暖環境稻瘟病容易流行，溫度達到28～30℃及以上則不利于稻瘟病的發生，其具體原因一直未知。
2月23日，《分子植物》（Molecular Plant）在線發表了中國水稻研究所水稻—病原菌互作團隊的研究論文，揭示了溫度調控稻瘟病發生的機制。四川農業大學西南作物基因資源發掘與利用國家重點實驗室教授陳學偉認為，這是氣候環境因子影響植物抗病性研究領域內的又一重要成果。
對溫度敏感的“水稻瘟疫”
植物病害的發生、發展到流行，取決于病原、寄主植物和環境因素三要素的綜合作用。本文通訊作者、水稻所研究員寇艷君介紹，溫度是最重要的環境因素之一，不僅影響病原菌的致病力，同時還調控宿主植物的抗性。
“全球環境溫度升高可能是未來幾十年氣候變化的一個重要趨勢，可能改變病害的流行區域、發生時間以及導致新致病菌株和病原菌的流行等。”寇艷君說，研究溫度調控植物免疫反應的機理，科學應對氣候變化防控各種植物病害的發生尤為重要。
陳學偉指出，以全球變暖為主要特征的氣候變化是人類面臨的最嚴峻挑戰之一，對生態環境和社會經濟發展帶來諸多風險，其中包括維系人類生存發展的糧食生產。
水稻等糧食作物的安全生產是國家安全的重要基礎，而農業病蟲害的爆發與溫度、濕度等氣候條件關系密切，給糧食安全帶來了巨大威脅。“在全球變暖的趨勢下，通過科技創新手段來破解病蟲害威脅、增強糧食保障能力，成為了各國農業科技競爭的重點。”陳學偉說。
陳學偉說，揭示水稻抗病遺傳基礎理論，培育水稻抗病品種，是解決病害威脅、促進糧食穩產增產最為經濟有效的途徑，也一直是植物學和植物病理學研究領域的前沿和熱點。
在田間，水稻稻瘟病易在溫暖潮濕條件下流行，而在相對較高的溫度下卻不易發生。長期以來，人們對這一病害如何受溫度等氣候因子的影響及其調控機理很不清楚，限制著人們對水稻等作物抗病機理的全面了解和抗病改良應用。
茉莉酸甲酯：稻瘟病防控有效藥物
論文第一作者、水稻所助理研究員邱結華介紹，此前，科學家曾利用擬南芥—丁香假單胞菌系統，揭示了溫度變化調控擬南芥對細菌病害抗性的機制。然而，對于溫度如何調控植物病原真菌的致病力與宿主抗性，尤其是在作物中，人們知之甚少。
該研究利用水稻—稻瘟病菌系統解析了溫度調控植物對真菌病原體抗性的機制。
結果表明，暖溫環境削弱了植物激素茉莉酸（JA）調節的基礎抗性，有利于稻瘟病害發生。
邱結華進一步解釋，在溫暖環境中，茉莉酸合成及信號途徑是水稻抗稻瘟病能力下降的關鍵調節因子，而并非在擬南芥中觀察到的水楊酸和乙烯合成及信號途徑。因此，單子葉植物水稻和雙子葉植物擬南芥在溫度調節宿主抗性的機制上存在明顯差異。
病原體相關分子模式（PAMP）觸發免疫是植物抗病性的早期事件之一。過去，人們傾向于認為茉莉酸信號網絡位于PAMP信號網絡的下游，PRR（模式識別受體）位于級聯信號的頂部。該研究發現，在溫度調節的稻瘟病抗性中，茉莉酸信號途徑可能在PAMP觸發免疫的上游發揮作用。
進一步研究表明，施用茉莉酸甲酯能明顯提高暖溫環境下水稻對稻瘟病抗性，因此茉莉酸甲酯可作為稻瘟病防控的有效藥物。
研究植物抗真菌病害的理想系統
陳學偉說，該研究揭示了溫度調節植物對真菌病害的抗性機制，加深了人們對環境—植物—病原真菌三者相互作用機制的理解，為科學應對全球氣候變暖，開發新的稻瘟病防治策略以及保障糧食安全，提供了重要理論依據。
寇艷君說，該研究表明，水稻—稻瘟病菌可作為研究溫度調節植物抗真菌病害機制的理想系統。此外，水稻對稻瘟病抗性與擬南芥對丁香病抗性的溫度調節機制明顯不同，可以更好地揭示不同物種抗病性的溫度調節機制，為制定有效防控策略、提高作物在不同溫度條件下的抗病性，以及為培育耐溫度變化的抗病作物提供理論基礎。
該研究得到了國家自然科學基金和中國農業科學院青年英才計劃等項目資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.02.014
