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。

除了化肥和基因，還有什么方法能讓水稻增產？

來自中國的科學家正在嘗試使用微生物的方法，比如菌根共生，像大豆與根瘤菌一樣。

中國科學院院士何祖華表示，雨后春筍長得快，也跟微生物共生有關。

值得注意的是，同樣是真菌，有的真菌能與水稻共生，讓水稻增產，有的卻讓水稻“生病”減產。

如同人體的過度免疫反應會對自身造成傷害一樣，水稻過度激活的免疫反應也會阻礙了其生長，以及菌根共生的建立。

水稻是如何有效調控可能被過度激活的免疫反應的？

換句話說，它是如何給自己的免疫反應踩“剎車”的？

長久以來，這一直是科研界尚待揭曉的謎團。

北京時間5月15日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)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。

“一把雙刃劍”

通過遺傳學、結構生物學等方法，研究人員解析了水稻細胞表面的關鍵受體蛋白OsCERK1結構和活性的調控細節(jié)。

該蛋白能夠識別免疫信號或共生信號，特異介導植物的共生或免疫反應。研究人員發(fā)現(xiàn)，一種名為OsCIE1的調控蛋白能夠束縛OsCERK1激酶活性。

該研究成果不僅闡明了植物協(xié)同調節(jié)免疫、共生和生長發(fā)育的分子機制，同時也為未來綠色農業(yè)生產提供了基因資源。

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目前，通過促進菌根共生、提高水稻抗病能力的方法，這一成果正在進行萬畝稻田實驗，未來有望應用到玉米、小麥等農作物的增產增收上。

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(fā)表，為深入理解植物如何巧妙使用免疫系統(tǒng)這把雙刃劍協(xié)調抗病、共生和生長的平衡奠定了理論基礎。

何以突破

然而攻克上述科學難題的過程充滿艱辛。

談及其中最大的難題，共同第一作者王鋼博士后和陳曦博士表示，“是格局?！?/p>

“別人說1+1=2，我們結果發(fā)現(xiàn)1+1不等于2，但是我們當時一定要想辦法找到證據(jù)再次證明1+1=2。”他們表示。

長期以來，人們認為泛素化意味著一個蛋白要被降解了。但王鋼博士后和陳曦博士在實驗中遲遲找不到OsCERK1蛋白被降解的現(xiàn)象。

“大概兩年的時間，全是卡在這一步?！蓖醵芯繂T表示。

“別人畫了一個模板，我就想怎么樣做，能夠適應這個模板，當時我們沒有勇氣去挑戰(zhàn)。”王鋼博士和陳曦博士說。

隨后，等他們跳出這個束縛，問題迎刃而解。

“我們解析了這個蛋白的磷酸化位點，發(fā)現(xiàn)它是跨物種保守的。不僅僅是在水稻，在人、斑馬、魚和果蠅中都非常保守。在果蠅中，它甚至會影響壽命的長短?！蓖蹁摬┦亢蠛完愱夭┦拷榻B。

對于未來，王二濤研究員描述了一個夢——微生物驅動的綠色農業(yè)發(fā)展夢。

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他說，“我們最后的理想的情況就是，農作物的地上部分是非?？共〉模@樣，農藥的使用量可以降下來。農作物的地下部分，可以與微生物共生，幫助植物從環(huán)境中獲取營養(yǎng)。這些微生物其實我們還可以優(yōu)化，促進它們和植物互作。未來綠色農業(yè)的發(fā)展是由微生物驅動的。這是我們未來5~10年或10~20年內希望看到的場景?！?/p>

對于上述由三個研究組“一網打盡”式的聯(lián)合攻關完成的科研成果，研究突破是怎么達成的？

何祖華院士認為，“一個原因是我們有最優(yōu)秀的科研人員；二是我們研究所有這樣的氛圍——多學科交叉、支撐、合作，這是我們特色和文化?！薄拔覀冏龅氖腔A研究，目標是國家需求?！?/p>

中國科學院院士韓斌總結稱，一是要有好的科學問題；二是在青年科學家沒成名之前，機構和政府要多重視一點，多支持一些。包括王二濤在內，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心的青年科學家都很活躍?！爸袊茖W院的文化是，對年輕人的十年內的科研工作都大力支持?！?/p>