第207次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

植物免疫代谢的遗传调控与信号网络
何祖华中国科学院院士中国科学院分子植物科学卓越创新中心

植物借助于PTI和ETI双层免疫系统抵抗病原菌侵染，并激发下游防卫代谢系统。我们以水稻和拟南芥为模式，研究免疫（抗病）激发和建立的代谢调控机制。发现水稻去泛素化酶PICI1，该蛋白参与调控水稻的PTI和专ETI。PICI1通过增强蛋氨酸合酶的稳定性，促进蛋氨酸—乙烯代谢通路，激活水稻的免疫反应。然而，病原菌分泌的一系列效应子蛋白，可以直接降解PICI1，抑制水稻的基础抗病性。NLR类免疫受体可以通过竞争性抑制病原菌毒性蛋白与PICI1的互作，促进PICI1的蛋白累积，从而增强防卫代谢，激发强烈的ETI。通过研究水稻免疫抑制中枢ROD1，证明水稻中TIR-only蛋白OsTIR作为NAD酶催化产生免疫小分子pRib-AMP，从而触发OsEDS1-OsPAD4-OsADR1（EPA）免疫复合物的形成，进而激活免疫反应，揭示了一个五组分的免疫网络协调免疫稳态和动态。我们发现了一个保守的MKP1-MAPK蛋白磷酸化级联途径，通过诱导木质素介导的细胞壁PTI免疫通路。进一步，我们发现水稻NLR Pigm广谱抗稻瘟病的建立依赖于一种新的免疫信号分子产生与设别的机制。为作物广谱抗病育种提供了新的抗病靶标和技术路线。
农林入侵生物的成灾规律与控制策略
吴孔明中国工程院院士中国农业科学院植物保护研究所

在经济全球化、交通一体化和农产品贸易（边贸、跨境/区域电商）快速发展的背景下，我国农林入侵生物危害形势严峻，已成为威胁生态安全、农林生产和生物多样性的重大挑战。近期的全国普查发现，160 余种重要入侵物种中有106种处于持续扩散状态。一般而言，外来生物失去原生生态系统天敌生物控制后，在入侵地的发生强度可增加5-10倍。松材线虫入侵后持续蔓延，导致松林大面积枯萎死亡；草地贪夜蛾等入侵害虫严重威胁玉米等作物生产；薇甘菊、紫茎泽兰等入侵植物疯狂排挤本地物种，破坏农林生态系统平衡。我国已构建“防-控-治”结合的立体防线。前端严防输入，加强口岸检疫，完善风险预警与准入清单管理制度。中间严控扩散，建立全国监测网络，运用遥感、物联网和生物技术等手段实现精准预警。末端采用物理清除、化学防治、生物防治和生态修复等手段强化综合治理。同时，不断完善法律法规体系，推动《生物安全法》落地并加强公众科普，提升全社会防范意识。总体而言，抵御外来生物入侵是一场持久战，未来需进一步强化科技支撑与国际合作，构建全民参与的生物安全防线，高质量高标准守护国家农林生态与粮食安全。
植物抗虫的信号感知与防御化合物合成
陈晓亚中国科学院院士中国科学院分子植物科学卓越创新中心

植物合成结构多样的次生代谢产物，一些成分具有抑制昆虫生长或杀虫活性，是保护植物的防御素，如棉花的棉酚、半棉酚酮，雷公藤的倍半萜生物碱等。为了研究棉铃虫对棉酚的解毒反应，我们在植物中表达昆虫P450基因双链RNA抑制昆虫基因表达，由此发展了植物介导的RNA干扰抗虫技术。植食性昆虫，尤其是叶肉细胞吸食型盲蝽类，取食时向植物组织注入消化酶，包括蛋白酶、核酸酶、酯酶等，其中一些酶蛋白或引发植物的防御反应乃至细胞死亡，或干扰、抑制宿主的防御信号，因此消化酶可以是昆虫口器分泌的效应子。对植物-昆虫攻防策略及其分子机制的研究，将丰富我们对协同进化的认识，为发展绿色植保技术提供技术路线与分子工具。
基于水稻和病原泛基因组的抗病基因挖掘利用探讨
周俭民研究员崖州湾国家实验室

每个作物物种，编码数以万计的免疫受体，蕴藏着数量庞大、功能多样的抗病基因，而人类目前鉴定到的功能抗病基因仅仅是沧海一粟，如何高效挖掘抗病基因是巨大挑战；病原微生物中的效应子编码基因同样数目庞大、多样，其中被宿主免疫受体识别的基因被称为无毒基因，这些病原基因的变异是田间抗性丧失的主要元凶，但绝大多数无毒基因有待鉴定。我们以水稻稻瘟病为模式系统，探讨如何通过宿主和病原泛基因组和表型组分析、机器学习等手段，明确抗病基因组与无毒基因组的识别关系和演化规律，以期对抗病基因的挖掘和应用提供思路。
小麦串联激酶-NLR分子模块抗病机制
刘志勇研究员中国科学院遗传与发育生物学研究所

为应对多种小麦病害的威胁，需要不断从小麦品种、地方品种、野生亲缘种和野生种中发掘多样化的抗病基因及其分子模块，并创制抗病新种质。串联激酶（Tandem kinase proteins，TKPs）是近年来在小麦和大麦中发现的一类新型抗病虫蛋白，由两个或多个激酶结构域串联而成，分别表现出对条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病、麦瘟病、黑粉病和蚜虫的抗性，具有重要的育种价值。近年来我们从野生二粒小麦和小麦地方品种中克隆出编码串联激酶的广谱抗白粉病基因Pm36（WTK7-TM）和Pm24（WTK3），然而串联激酶的作用机制一直是困扰植物抗病领域的重大难题。我们发现一个与WTK3紧密连锁的NLR蛋白WTN1是WTK3抗病通路的关键因子，WTK3-WTN1通过感受器-编码器（sensor-executor）的协同作用模式激活免疫反应，表现出对白粉病和麦瘟病的抗性。小麦中的WTK3和WTN1基因在进化过程中形成了紧密的合作关系，协同抵抗病原菌的入侵。串联激酶-NLR分子模块的免疫新模式突破了植物免疫领域内对串联激酶作用机制的认识，填补了植物串联激酶免疫调控途径的空白，为作物广谱多抗品种精准设计奠定了理论和应用基础。

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第207次：植物免疫与农林生物安全