陈学伟团队再发高水平论文我校实现《科学》零突破

2018-09-07 08:03:52作者：张俊贤/文水稻研究所/图来源：宣传统战部水稻研究所点击数：

9月7日，《科学》在线发表了我校与中国科学院遗传与发育生物学研究所、加州大学戴维斯分校合作完成的研究论文“水稻转录因子IPA1促进高产并提高免疫”（A single transcription factor promotes both yield and immunity in rice），该研究发现了水稻理想株型建成的关键基因IPA1在水稻稻瘟病抗病过程中的作用，并揭示了IPA1既能增加产量又能提高稻瘟病抗性分子作用机制，为培育高产抗病水稻新品种提供了重要理论基础和应用途径。该论文的发表实现了我校在《科学》杂志发表论文零的突破，该杂志最新影响因子（2017年）为41.058。

我校水稻所王静副研究员、硕士研究生周练、石辉、美国戴维斯分校Mawsheng Chern博士和中国科学院遗传与发育生物学研究所的余泓副研究员为论文第一作者；我校陈学伟研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士、我校王静副研究员为共同通讯作者；我校为论文第一完成单位。论文第一作者王静副研究员于2012年在中国科学院遗传与发育生物学研究所博士毕业，毕业后入职我校水稻研究所，加入陈学伟团队，从事水稻抗病与产量间调控关系及机制的研究。这也是我校陈学伟团队继去年在《细胞》上发表高水平论文后取得的又一重大研究成果。

水稻是我国的主要粮食作物，其安全生产关系国计民生。培育既抗病又高产的品种是粮食绿色安全生产的重要保障。但通常认为产量与抗性是两个拮抗的过程，即高抗的品种往往难以高产，高产品种在抗性上表现不佳。因此，解析产量与抗性间的作用机制并在应用中实现二者间的协同调控，对于培育高产高抗水稻品种意义重大。近年来，虽然已报道了多个基因在提高植物抗性的同时不影响产量。但是，同时增加植物的产量并提高抗性的单个基因尚未报道。

IPA1(Ideal Plant Architectutre 1)编码植物所特有的SPL转录因子家族成员，是水稻中调控理想株型建成的关键基因，其功能获得性突变体植株具有茎秆粗壮、穗子变大、产量增加等优良性状，已在水稻育种中得到广泛应用。本研究发现IPA1在增加水稻产量的同时，还能提高水稻对稻瘟病菌的抗性，进一步研究发现其编码蛋白IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽。IPA1受稻瘟病菌诱导磷酸化，该磷酸化能改变蛋白IPA1与DNA序列的结合特性，通常情况下，IPA1结合DEP1等穗发育相关基因的启动子，促进其表达，负责水稻理想株型的建成，调控水稻产量，受稻瘟病菌诱导磷酸化后的IPA1更倾向于结合抗病相关基因WRKY45的启动子，促进其表达，增强免疫反应，提高抗病性。研究还发现，在稻瘟病菌侵染6至12小时，水稻体内IPA1的磷酸化受诱导程度达到峰值，随后逐渐降低，并在24至48小时后恢复到正常水平。表明一旦水稻体内的免疫系统被激活后，IPA1又很快恢复到低磷酸化状态，以保证水稻发育的正常进行（图一）。

该研究报道了单基因既能增加水稻产量又能提高稻瘟病抗性，打破了单个基因不可能同时实现增产和抗病的传统观点；为高产高抗育种提供了重要理论基础和实际应用新途径。

图一：水稻转录因子IPA1促进高产和提高抗病性的模式

该研究受到来自国家自然科学基金委、教育部新世纪优秀人才计划和科技部重点研发计划（主要农作物抗病虫抗逆性状形成的分子基础）等的经费资助。

陈学伟简介：

陈学伟，四川农业大学，研究员，博士生导师。1997年与2000年获得四川农业大学茶学学士、作物遗传育种专业硕士学位（四川农业大学/中国科学院遗传与发育生物所联合培养）。2003年毕业于中国科学院遗传与发育生物研究所获博士学位，后赴美国加利福利亚大学戴维斯分校进行博士后研究，并担任助理项目科学家。2011年作为高端人才引进到四川农业大学工作，现任四川省植物病理学会副理事长、四川省生物化学与分子生物学会副理事长、作物重大病害四川省高校重点实验室执行主任，四川农业大学校学术委员会副主任。20多年来，一直从事水稻抗病机理的研究以及水稻抗病品种的培育。先后主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、转基因重大专项等国家和省部级科研项目20项，在水稻重大病害理论与应用研究方面取得一系列原创性研究成果。在Cell、Science、PNAS等主流期刊发表SCI论文57篇，累计影响因子351，近5年他引超过1000次。其相关研究成果被中国科协评选为2017年度“中国生命科学十大进展”，农业部2017年度“中国农业重大科学进展”。同时在种子资源创建上，作为主研人员选育水稻新品种20个，其中国家级审定品种7个。由于其在水稻抗病领域的突出成绩，获得了国家科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才，教育部“新世纪优秀人才”、四川省学术和技术带头人等荣誉称号。

王静简介：

王静，四川农业大学，副研究员，硕士生导师。2006年7月,毕业于东北师范大学，生命科学学院生物技术专业，获理学学士学位。同年9月进入中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋院士课题组从事水稻理想株型相关研究。博士期间以共同作者身份在Nature Genetics、The Plant Cell等杂志上发表研究论文。2012年1月获得遗传学博士学位，3月进入四川农业大学水稻研究所工作。近5年以第一作者或通讯作者在Science、The Plant cell、Plant cell and environment等期刊上发表SCI论文9篇，累计影响因子近80。其相关研究成果被评选为2017年中国农业重大科学研究进展之一。先后主持了国家自然科学基金青年项目、国家教育部博士点基金项目、四川省教育厅青年项目等。目前主要的研究方向为水稻发育与抗性间的协同调控机制。