Molecular Plant | 中国水稻研究所寇艳君团队揭示温度调控水稻抵抗稻瘟病发生的机制！

气温变化对植物病害的发生有很大影响，可能导致其分布和流行程度的变化。在真菌病理系统中，温度变化对各种真菌病害的影响往往差异较大。例如，全球变暖增加了油菜茎溃疡病流行的严重程度，并改变了其地理分布。相反，高温与小麦白粉病的流行呈负相关。然而，人们发现温度变化对植物真菌病害发生的影响通常更为复杂。然而，对于温度如何调控植物病原真菌的致病力，宿主植物尤其是作物如何响应温度变化抵御病原真菌侵染的机理，人们知之甚少。

2022年2月24日，Molecular Plant在线发表了中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室水稻-病原菌互作团队题为“Warm temperature compromises JA-regulated basal resistance to enhance Magnaporthe oryzae infection in rice”的研究论文，揭示了温度影响稻瘟病发生的机制。

全球气温变化深刻影响植物病害的发生。众所周知，稻瘟病在相对温暖的天气里很容易流行。然而，分子机制仍不清楚。这项研究表明，与水稻正常生长温度（28°C）相比，在暖温（22°C）条件下增强的稻瘟病发育是宿主水稻决定的。进一步的比较转录组分析表明，稻瘟病菌在28°C时可有效诱导水稻JA生物合成和信号基因，但在22°C时则不能。osaoc1和osmyc2突变体、OsCOI1 RNAi植物和OsMYC2-OE植物的表型分析表明，受损的稻瘟病菌诱导的JA生物合成和信号传导导致暖温条件下稻瘟病菌易感性增强。与这些结果一致，本研究发现MeJA的应用是在暖温条件下提高抗稻瘟病菌的有效策略。此外，与28 °C相比，JA信号的激活减少导致一些基础抗性基因在22 °C下的表达下调。在这些受影响的基因中，OsCEBiP（几丁质诱导子结合蛋白前体）被发现直接受OsMYB22及其相互作用蛋白 OsMYC2（JA信号传导中的关键成分）调控，并有助于温度调节抗性。综上所述，这些结果表明，暖温条件通过减少JA的生物合成和信号传导来降低水稻的基础抗性，从而增强稻瘟病菌的感染，为在暖温条件下防治稻瘟病提供了潜在的新策略。

图. 22℃促进稻瘟病的发生

图. 水稻中JA信号的激活减少与22 °C条件下稻瘟病发育增强有关

图. 暖温环境中稻瘟病增强的模型

中国水稻研究所助理研究员邱结华为该论文的第一作者，寇艳君研究员为通讯作者，该研究得到了中国水稻研究所钱前院士、浙江大学梁岩教授及淡马锡生命科学研究所Naweed Naqvi教授的指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金和中国农业科学院青年英才计划等项目资助。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205222000624

水稻-病原菌互作：https://cnrri.caas.cn/bsgk/xksz/sdswxgjzdsys/276716.htm

专家点评

四川农业大学，西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室，陈学伟教授

以全球变暖为主要特征的气候变化是人类面临的最严峻挑战之一，对生态环境和社会经济发展带来诸多风险，其中包括维系人类生存发展的粮食生产。水稻等粮食作物的安全生产是国家安全的重要基础，而农业病虫害的爆发与温度、湿度等气候条件关系密切，给粮食安全带来了巨大威胁。在全球变暖的趋势下，通过科技创新手段来破解病虫害威胁、增强粮食保障能力，成为了各国农业科技竞争的重点。

有着“水稻癌症”之称的稻瘟病是制约粮食安全的重要因素。揭示水稻抗病遗传基础理论，培育水稻抗病品种，是解决病害威胁、促进粮食稳产增产最为经济有效的途径，也一直是植物学和植物病理学研究领域的前沿和热点。在田间，水稻稻瘟病易在温暖潮湿条件下流行，而在相对较高的温度下却不易发生。长期以来，人们对这一病害如何受温度等气候因子的影响及其调控机理很不清楚，限制着我们对水稻等作物抗病机理的全面了解和抗病改良应用。

近日，中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室寇艳君研究员带领团队在Molecular Plant杂志发表了题为“Warm temperature compromises JA-regulated basal resistance to enhance Magnaporthe oryzae infection in rice”的研究论文，揭示了水稻如何响应温度变化而调控稻瘟病抗性的分子机理，是气候环境因子影响植物抗病性研究领域内的又一重要成果。

该研究成果表明，暖温环境削弱植物激素茉莉酸调节的基础抗性，有利于稻瘟病害发生，而施用茉莉酸甲酯能明显提高暖温环境下水稻对稻瘟病抗性，因此茉莉酸甲酯可作为稻瘟病防控的有效药物。同时，该研究揭示的温度调节植物对真菌病害的抗性机制，加深了我们对环境–植物–病原真菌三者相互作用机制的理解，为科学应对全球气候变暖，开发新的稻瘟病防治策略以及保障粮食安全，提供了重要理论依据。

参考论文

Cheng, C., Gao, X., Feng, B., Sheen, J., Shan, L., and He,P.(2013). Plant immune response to pathogens differs with changing temperatures.Nature Communications 4:2530.

Huot, B., Castroverde, C.D.M., Velásquez, A.C., Hubbard, E.,Pulman, J.A., Yao, J., Childs, K.L., Tsuda, K., Montgomery, B.L., and He, S.Y. (2017). Dual impact of elevatedtemperature on plant defence and bacterial virulence in Arabidopsis. Nature Communications 8:1808.

Kim, Y.S., An, C., Park, S., Gilmour, S.J., Wang, L., Renna,L., Brandizzi, F., Grumet, R., and Thomashow, M.F. (2017). CAMTA-mediated regulation ofsalicylic acid immunity pathway genes in arabidopsis exposed to low temperatureand pathogen infection. The Plant Cell 29:2465-2477.

Li, Z., Liu, H., Ding, Z., Yan, J., Yu, H., Pan, R., Hu, J.,Guan, Y., and Hua, J. (2020). Low temperature enhances plant immunity viasalicylic acid pathway genes that are repressed by ethylene. Plant Physiology 182:626-639.

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