由OsCIE1介導(dǎo)的泛素蛋白“制動器”調(diào)控OsCERK1共生產(chǎn)量/免疫平衡的機(jī)制示意圖。

除了化肥和基因，還有什么方法能讓水稻增產(chǎn)？

來自中國的科學(xué)家正在嘗試使用微生物的方法，比如菌根共生，像大豆與根瘤菌一樣。

中國科學(xué)院院士何祖華表示，雨后春筍長得快，也跟微生物共生有關(guān)。

值得注意的是，同樣是真菌，有的真菌能與水稻共生，讓水稻增產(chǎn)，有的卻讓水稻“生病”減產(chǎn)。

如同人體的過度免疫反應(yīng)會對自身造成傷害一樣，水稻過度激活的免疫反應(yīng)也會阻礙了其生長，以及菌根共生的建立。

水稻是如何有效調(diào)控可能被過度激活的免疫反應(yīng)的？

換句話說，它是如何給自己的免疫反應(yīng)踩“剎車”的？

長久以來，這一直是科研界尚待揭曉的謎團(tuán)。

北京時間5月15日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王二濤團(tuán)隊、張余團(tuán)隊以及何祖華院士團(tuán)隊在水稻免疫機(jī)制研究上取得了重大突破。

“一把雙刃劍”

通過遺傳學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)等方法，研究人員解析了水稻細(xì)胞表面的關(guān)鍵受體蛋白OsCERK1結(jié)構(gòu)和活性的調(diào)控細(xì)節(jié)。

該蛋白能夠識別免疫信號或共生信號，特異介導(dǎo)植物的共生或免疫反應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，一種名為OsCIE1的調(diào)控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。

該研究成果不僅闡明了植物協(xié)同調(diào)節(jié)免疫、共生和生長發(fā)育的分子機(jī)制，同時也為未來綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了基因資源。

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目前，通過促進(jìn)菌根共生、提高水稻抗病能力的方法，這一成果正在進(jìn)行萬畝稻田實驗，未來有望應(yīng)用到玉米、小麥等農(nóng)作物的增產(chǎn)增收上。

該成果以“Release of a ubiquitin brake activates OsCERK1-triggered immunity in rice（水稻通過釋放泛素制動器來激活由OsCERK1介導(dǎo)的免疫反應(yīng)）”為題，在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表，為深入理解植物如何巧妙使用免疫系統(tǒng)這把雙刃劍協(xié)調(diào)抗病、共生和生長的平衡奠定了理論基礎(chǔ)。

何以突破

然而攻克上述科學(xué)難題的過程充滿艱辛。

談及其中最大的難題，共同第一作者王鋼博士后和陳曦博士表示，“是格局。”

“別人說1+1=2，我們結(jié)果發(fā)現(xiàn)1+1不等于2，但是我們當(dāng)時一定要想辦法找到證據(jù)再次證明1+1=2?！彼麄儽硎?。

長期以來，人們認(rèn)為泛素化意味著一個蛋白要被降解了。但王鋼博士后和陳曦博士在實驗中遲遲找不到OsCERK1蛋白被降解的現(xiàn)象。

“大概兩年的時間，全是卡在這一步。”王二濤研究員表示。

“別人畫了一個模板，我就想怎么樣做，能夠適應(yīng)這個模板，當(dāng)時我們沒有勇氣去挑戰(zhàn)。”王鋼博士和陳曦博士說。

隨后，等他們跳出這個束縛，問題迎刃而解。

“我們解析了這個蛋白的磷酸化位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)它是跨物種保守的。不僅僅是在水稻，在人、斑馬、魚和果蠅中都非常保守。在果蠅中，它甚至?xí)绊憠勖拈L短?！蓖蹁摬┦亢蠛完愱夭┦拷榻B。

對于未來，王二濤研究員描述了一個夢——微生物驅(qū)動的綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展夢。

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他說，“我們最后的理想的情況就是，農(nóng)作物的地上部分是非?？共〉模@樣，農(nóng)藥的使用量可以降下來。農(nóng)作物的地下部分，可以與微生物共生，幫助植物從環(huán)境中獲取營養(yǎng)。這些微生物其實我們還可以優(yōu)化，促進(jìn)它們和植物互作。未來綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展是由微生物驅(qū)動的。這是我們未來5~10年或10~20年內(nèi)希望看到的場景。”

對于上述由三個研究組“一網(wǎng)打盡”式的聯(lián)合攻關(guān)完成的科研成果，研究突破是怎么達(dá)成的？

何祖華院士認(rèn)為，“一個原因是我們有最優(yōu)秀的科研人員；二是我們研究所有這樣的氛圍——多學(xué)科交叉、支撐、合作，這是我們特色和文化?！薄拔覀冏龅氖腔A(chǔ)研究，目標(biāo)是國家需求?！?/p>

中國科學(xué)院院士韓斌總結(jié)稱，一是要有好的科學(xué)問題；二是在青年科學(xué)家沒成名之前，機(jī)構(gòu)和政府要多重視一點(diǎn)，多支持一些。包括王二濤在內(nèi)，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的青年科學(xué)家都很活躍?！爸袊茖W(xué)院的文化是，對年輕人的十年內(nèi)的科研工作都大力支持。”