齊一生物（農(nóng)殘?jiān)噭┖袕S(chǎng)家）

2017年3月3日，學(xué)術(shù)刊物自然出版集團(tuán)旗下子刊《Nature Plants》雜志在線(xiàn)發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、作物遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王石平教授研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于水稻抗白葉枯病主效基因Xa4克隆和機(jī)理研究的進(jìn)展。文章標(biāo)題為“Improvement of multiple agronomic traitsby a disease resistance gene via cell wall reinforcement”。論文被評(píng)為當(dāng)期封面故事。論文報(bào)道了研究團(tuán)隊(duì)分離克隆了在*水稻生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的主效抗白葉枯病基因Xa4，揭示Xa4基因除調(diào)控對(duì)白葉枯病菌小種特異性的持久抗性外，還調(diào)控莖稈強(qiáng)度和株高等重要農(nóng)藝性狀。NaturePlants同時(shí)以新聞和點(diǎn)評(píng)(News& Views)形式配發(fā)兩位瑞士科學(xué)家撰寫(xiě)的“Resistance: Double gain with one gene”的新聞點(diǎn)評(píng)。已畢業(yè)博士研究生胡珂鳴為研究*作者，通訊作者是王石平教授。

病害是影響農(nóng)作物生產(chǎn)的重要因素之一，白葉枯病是水稻生產(chǎn)中zui常見(jiàn)的細(xì)菌性病害。利用主效抗病基因改良水稻品種一直是水稻生產(chǎn)中zui重要的抗病策略。但是因?yàn)椴≡淖儺悾行┲餍Э共』虻目剐匀菀讍适?，利用具有持久抗性的抗病基因改良農(nóng)作物一直是育種家的育種目標(biāo)之一。在已經(jīng)被利用的主效抗白葉枯病基因中，Xa4基因是應(yīng)用范圍zui廣、時(shí)間zui長(zhǎng)的一個(gè)。Xa4在很多國(guó)家種植的水稻中表現(xiàn)出持久的全生育期抗性，所以早在上世紀(jì)70年代便被引入商業(yè)化的水稻品種。攜帶Xa4基因的水稻品種在亞洲、非洲和南美洲的至少50多個(gè)國(guó)家種植，我國(guó)雜交稻也多帶有該基因。白葉枯病是水稻生產(chǎn)中zui常見(jiàn)的細(xì)菌性病害，Xa4基因因其表現(xiàn)出持久的全生育期抗性，成為應(yīng)用范圍zui廣、時(shí)間zui長(zhǎng)的一個(gè)主效抗白葉枯病基因。為什么Xa4基因具有持久抗性?為什么攜帶Xa4基因的水稻品種在范圍內(nèi)被廣泛種植?王石平課題組給出答案：Xa4基因可通過(guò)編碼細(xì)胞壁相關(guān)激酶，增加細(xì)胞壁強(qiáng)度，進(jìn)而“一箭雙雕”，在提升細(xì)胞壁抵抗病原菌侵害的基礎(chǔ)抗性的同時(shí)，增加莖稈強(qiáng)度、降低株高，增強(qiáng)水稻抗倒伏性，導(dǎo)致攜帶Xa4基因的水稻品種成為大自然的“寵兒”。

王石平課題組早在2003年就精細(xì)定位了Xa4基因，為通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇的方法利用Xa4基因奠定了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，Xa4基因編碼細(xì)胞壁相關(guān)激酶(cell wall–associated kinase)，可以促進(jìn)纖維素的合成，抑制細(xì)胞壁松弛，從而增加細(xì)胞壁強(qiáng)度。Xa4基因的這種功能使水稻抗白葉枯病菌入侵，同時(shí)還增強(qiáng)了莖稈的機(jī)械強(qiáng)度，植株高度有所降低，有利于抗倒伏，不降低產(chǎn)量。

植物的細(xì)胞壁是抵抗病原菌侵害的*道屏障，是被稱(chēng)之為“基礎(chǔ)抗性”的一部分，廣泛存在于植物中。雖然“基礎(chǔ)抗性”通?？共∧芰θ?，但其抗性不容易喪失。而該研究揭示Xa4基因調(diào)控的抗病反應(yīng)與細(xì)胞壁的強(qiáng)度提高有關(guān)，且抗性強(qiáng)，從而解釋了為什么該基因具有持久抗性。另外，Xa4基因可以同時(shí)增加莖稈強(qiáng)度、降低株高，改良了多種農(nóng)藝性狀，也可以解釋為什么該基因被廣泛地用于水稻改良。

原文鏈接：

Improvement of multiple agronomic traitsby a disease resistance gene via cell wall reinforcement

原文摘要：

The major disease resistance gene Xa4 confers race-specific durable resistance against Xanthomonas oryzae pv. oryzae, which causes the most damaging bacterial disease in rice worldwide. Although Xa4 has been one of the most widely exploited resistance genes in rice production worldwide, its molecular nature remains unknown. Here we show that Xa4, encoding a cell wall-associated kinase, improves multiple traits of agronomic importance without compromising grain yield by strengthening the cell wall via promoting cellulose synthesis and suppressing cell wall loosening. Strengthening of the cell wall byXa4 enhances resistance to bacterial infection, and also increases mechanical strength of the culm with slightly reduced plant height, which may improve lodging resistance of the rice plant. The simultaneous improvement of multiple agronomic traits conferred byXa4 may account for its widespread and lasting utilization in rice breeding programmes globally.