水稻育种新突破：中国科学家揭示免疫驯化机制与广谱抗病育种技术
2026-04-08 23:00
北京时间2026年4月8日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队与上海交通大学陈功友教授团队、浙江大学邓一文教授团队合作在国际权威学术期刊《自然》（Nature）上发表题为“Asymmetric selection of a rice immune module and rebuild of disease resistance”（水稻免疫模块的驯化选择与广谱抗病重构）的研究论文。该研究围绕白叶枯病展开，揭示了水稻免疫驯化的机制，阐明白叶枯病抗性在水稻驯化过程中功能缺失的原因，并提出一种育种新思路，在不影响产量的情况下重构抗病性。
台风降雨导致白叶枯病爆发。 本文图片均为 中国科学院分子植物科学卓越创新中心 供图
水稻的白叶枯抗病性是如何被选择的？
植物免疫系统在从野生种到现代作物形成过程中受到驯化塑造，其核心在于平衡生长（产量）与防御，在此期间抗病基因往往会受到差别选择，以适应不同的环境选择压力。问题在于，植物抗病是如何经历差别化人工选择的呢？这一点，学术界和育种界尚不清楚。
针对白叶枯病，目前已克隆的多数水稻抗白叶枯病抗病基因Xa来源于野生稻或感病基因突变，暗示白叶枯病抗性可能在水稻驯化中经历了功能缺失选择。鉴于传统育种长期聚焦于高产稳产，而水稻两个亚种（籼稻和粳稻）间存在明显的田间抗病性差异和生殖隔离，明确水稻驯化尤其是亚种形成过程中抗病基因的选择模式，对于指导现代水稻高产抗病育种具有重要意义。
上述研究克隆了白叶枯广谱抗病基因Xa48，首次阐明广谱持久抗白叶枯病NLR免疫受体与病原菌分泌的毒性蛋白激发免疫的新模型，揭示了XA48（Xa48基因的蛋白质产物）在作物驯化中协调生长与免疫的分子基础。
XA48介导的免疫信号通路及Xa48-OsVOZ1免疫模块的驯化规律
研究团队通过大规模筛选几千份水稻资源，利用能“攻破”国际上首个克隆的白叶枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在籼稻品种“双科早”中鉴定到一个新的白叶枯病抗病基因Xa48，发现其编码一个NLR免疫受体蛋白。相较于Xa21主要针对东南亚病原菌变种，Xa48主要针对东北亚变种。研究进一步筛选并功能鉴定了其对应的病原菌效应蛋白XopG。
系统研究表明，XA48识别XopG后，降解下游免疫抑制蛋白OsVOZ1/2，从而激活免疫反应。这一发现为培育高抗高产水稻新品种提供了重要理论支撑。研究团队进一步解析了Xa48基因在籼稻和粳稻中的差别驯化机制，发现Xa48-OsVOZ1模块严重影响粳稻的产量，从而几千年的驯化历程已经把Xa48基因从粳稻基因组中剔除了，只存在于籼稻资源中。
考虑到籼稻传统上种植于白叶枯病频发的东南亚地区（长江以南），而粳稻历史上种植于水患较少的长江以北地区。随着农业人工灌溉体系开始建立，我国尤其是长江以北地区白叶枯病的发生逐渐减少，因此由于病原菌选择压力，Xa48只保留在部分南方籼稻品种中。这也说明，中国农业水利灌溉体系的逐步建立，间接影响了籼稻和粳稻的抗病性。
Xa21Xa48聚合田间抗性鉴定
全新育种技术重构抗病性
基于上述研究成果，研究团队构建了水稻针对白叶枯病害的抗性综合平台，在拓展抗病“宽度”的同时增强抗性“深度”。通过长期的遗传育种选择与植物病理学研究，团队建立了以XA21基础抗病加XA48专化性抗病为核心的免疫研究平台，系统探索二者在作物免疫应答中的协同效应。
作物的基础抗病性是对一个病原菌所有变种都有一定的抗病性，每个植物都有。专化抗病性则是指对一个病原菌的一些变种具有完全的强烈的抗病性，而对其他变体只有基础抗性，具体由植物抗病基因和对应的病原菌毒性蛋白决定。这类专化性抗病基因，在作物育种过程中非常常用。
依托这一平台，研究团队将XA21基础抗病和XA48专化性抗病杂交聚合，培育出一种水稻新品系。该品系水稻在经历台风、洪水等极端胁迫后，仍能在不同稻区保持稳定抗性，且不影响产量等重要农艺性状。这也就首次在作物上证明，两个免疫网络的叠加可以重构野生稻的广谱抗病性，为破解作物病害绿色防控难题提供了新思路。
这项研究成果为我国植物保护和生物育种突破奠定了重要基础，已被隆平高科、荃银高科、中国水稻研究所、中国农业科学院等多个育种单位直接应用于抗病新品种培育，实现了从基础研究到育种应用的有效转化。这也极大地助力了我国作物育种和农业绿色生产，为“把种子牢牢攥在自己手里”提供技术支撑。