水稻是主糧，是國家安全的基礎。

5月15日，澎湃新聞（www.usamodel.cn）記者從中國科學院分子植物科學卓越創新中心了解到，中國水稻生產主要面臨的挑戰包括：一、水稻生長過程中常常受到稻瘟病等病原真菌的侵擾，過度依賴化學農藥，從而對環境和食品安全構成嚴重威脅。二、水稻對磷、氮等營養元素的巨大需求，導致過度施肥，嚴重污染環境。

因此，深入探索水稻免疫和共生的機制，提高作物抗病性和營養吸收是農作物育種的重要方向之一。

值得注意的是，促進水稻營養吸收和生長的叢枝菌根菌，與對水稻造成毀滅性病害的稻瘟病菌均屬于真菌界。它們的細胞表面都覆蓋著一種名為幾丁質的多聚糖類物質。那么植物又是如何區分有益還是有害微生物的呢？原來長短有別。短鏈幾丁質可以作為共生信號，而長鏈幾丁質則會觸發植物的抗病免疫反應。

在建立互惠互利共生關系時，共生菌根真菌會釋放大量短鏈幾丁質作為信號，通知植物為建立共生關系做準備。而病原菌則會極力避免幾丁質分子的泄露，尤其是長鏈幾丁質，以免被植物識別并激活免疫反應。

水稻細胞表面的關鍵受體蛋白OsCERK1能夠辨別免疫或是共生信號，特異介導植物的共生或免疫反應。但這也需要一定監管，若受體OsCERK1觸發的免疫反應失控，將引發過度的免疫反應，雖然對病原體的抵抗增強了，但也阻礙了植物生長和與互惠菌根共生的建立。關于水稻體內如何有效調控這種潛在的過度激活的免疫反應，長久以來一直是科研界尚待揭曉的謎團。

由OsCIE1介導的泛素蛋白“制動器”調控OsCERK1共生產量/免疫平衡的機制示意圖。受訪者 供圖

北京時間5月15日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心王二濤團隊、張余團隊以及何祖華院士團隊在水稻免疫機制研究上取得了重大突破。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介導的免疫反應）”為題，在國際頂級學術期刊《自然》上發表，為深入理解植物如何巧妙使用免疫系統這把雙刃劍協調抗病、共生和生長的平衡奠定了理論基礎。

研究發現了一種名為OsCIE1的調控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。在無病原菌侵染的時期，OsCIE1能夠像“緊箍圈”一樣，將一種名為泛素的小蛋白分子連接到OsCERK1蛋白表面，抑制OsCERK1的激酶活性，防止免疫過度激活。

然而，當水稻面臨病原真菌入侵時，真菌細胞壁上的長鏈幾丁質迅速誘導OsCERK1的激酶活性。該激酶將磷酸基團分子添加至OsCIE1蛋白表面的關鍵區域，抑制OsCIE1限制OsCERK1的能力，從而解除“緊箍圈”的束縛。此時，免疫信號通路被OsCERK1成功激活，啟動植物免疫反應，抵抗病原菌的侵染。

科研人員通過合作利用結構生物學方法，精確鑒定了控制OsCIE1“緊箍圈”松緊的關鍵位點Ser237。當Ser237位點被OsCERK1磷酸化修飾時，如同緊箍咒失效，OsCERK1便可展現其威力，積極抵御外敵。而一旦Ser237位點未被磷酸化，緊箍咒再次發揮作用，OsCERK1則恢復平靜。

抵御外敵的同時，OsCERK1控制水稻菌根共生的建立，使叢枝菌根真菌進入植物根系，并利用其發達的菌根網絡協助水稻更高效地吸收磷、氮等關鍵營養物質，促進水稻的生長發育。因此，該研究揭示了OsCIE1這一“緊箍圈”，及其“咒語”Ser237磷酸化位點，在植物免疫和共生中的作用，不僅闡明了植物協同調節免疫、共生和生長發育的分子機制，同時也為未來綠色農業生產提供了基因資源。

分子植物卓越中心王二濤研究員、張余研究員和何祖華院士作為文章共同通訊作者，王二濤研究組的博士后王鋼、博士生陳曦以及張余研究組的已畢業博士生俞承志作為共同第一作者。王二濤研究團隊多年來致力于植物與微生物共生機理和應用的創新研究，并在該領域取得了豐碩的研究成果。

他們的研究工作不僅揭示了植物識別區分共生菌與病原菌的分子機制，也為作物通過微生物高效獲取營養奠定了堅實的基礎。