水稻育種新突破：中國科學家揭示免疫馴化機制與廣譜抗病育種技術

近20年來，白葉枯病正在成為製約水稻高產穩產的關鍵瓶頸之一。受全球變暖影響，颱風活動頻繁，加之水稻主栽品種抗源單一、病原菌變異加快，稻田裡白葉枯病的發生面積持續擴大、危害程度不斷加重。因此，加強水稻白葉枯病抗病基因挖掘與育種應用研究，是我國生物育種的重大需求。

香港時間2026年4月8日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心何祖華院士團隊與上海交通大學陳功友教授團隊、浙江大學丹恩一文教授團隊合作在國際權威學術期刊《自然》（Nature）上發表題為「Asymmetric selection of a rice immune module and rebuild of disease resistance」（水稻免疫模塊的馴化選擇與廣譜抗病重構）的研究論文。該研究圍繞白葉枯病展開，揭示了水稻免疫馴化的機制，闡明白葉枯病抗性在水稻馴化過程中功能缺失的原因，並提出一種育種新思路，在不影響產量的情況下重構抗病性。

水稻的白葉枯抗病性是如何被選擇的？

植物免疫系統在從野生種到現代作物形成過程中受到馴化塑造，其核心在於平衡生長（產量）與防禦，在此期間抗病基因往往會受到差別選擇，以適應不同的環境選擇壓力。問題在於，植物抗病是如何經歷差別化人工選擇的呢？這一點，學術界和育種界尚不清楚。

針對白葉枯病，目前已複製的多數水稻抗白葉枯病抗病基因Xa來源於野生稻或感病基因突變，暗示白葉枯病抗性可能在水稻馴化中經歷了功能缺失選擇。鑒於傳統育種長期聚焦於高產穩產，而水稻兩個亞種（秈稻和粳稻）間存在明顯的田間抗病性差異和生殖隔離，明確水稻馴化尤其是亞種形成過程中抗病基因的選擇模式，對於指導現代水稻高產抗病育種具有重要意義。

上述研究複製了白葉枯廣譜抗病基因Xa48，首次闡明廣譜持久抗白葉枯病NLR免疫受體與病原菌分泌的毒性蛋白激發免疫的新模型，揭示了XA48（Xa48基因的蛋白質產物）在作物馴化中協調生長與免疫的分子基礎。

研究團隊通過大規模篩選幾千份水稻資源，利用能「攻破」國際上首個複製的白葉枯病抗病基因Xa21的毒性菌株，在秈稻品種「雙科早」中鑒定到一個新的白葉枯病抗病基因Xa48，發現其編碼一個NLR免疫受體蛋白。相較於Xa21主要針對東南亞病原菌變種，Xa48主要針對東北亞變種。研究進一步篩選並功能鑒定了其對應的病原菌效應蛋白XopG。

系統研究表明，XA48識別XopG後，降解下遊免疫抑制蛋白OsVOZ1/2，從而激活免疫反應。這一發現為培育高抗高產水稻新品種提供了重要理論支撐。研究團隊進一步解析了Xa48基因在秈稻和粳稻中的差別馴化機制，發現Xa48-OsVOZ1模塊嚴重影響粳稻的產量，從而幾千年的馴化歷程已經把Xa48基因從粳稻基因組中剔除了，只存在於秈稻資源中。

考慮到秈稻傳統上種植於白葉枯病頻發的東南亞地區（長江以南），而粳稻歷史上種植於水患較少的長江以北地區。隨著農業人工灌溉體系開始建立，我國尤其是長江以北地區白葉枯病的發生逐漸減少，因此由於病原菌選擇壓力，Xa48只保留在部分南方秈稻品種中。這也說明，中國農業水利灌溉體系的逐步建立，間接影響了秈稻和粳稻的抗病性。

全新育種技術重構抗病性

基於上述研究成果，研究團隊構建了水稻針對白葉枯病害的抗性綜合平台，在拓展抗病「寬度」的同時增強抗性「深度」。通過長期的遺傳育種選擇與植物病理學研究，團隊建立了以XA21基礎抗病加XA48專化性抗病為核心的免疫研究平台，系統探索二者在作物免疫應答中的協同效應。

作物的基礎抗病性是對一個病原菌所有變種都有一定的抗病性，每個植物都有。專化抗病性則是指對一個病原菌的一些變種具有完全的強烈的抗病性，而對其他變體只有基礎抗性，具體由植物抗病基因和對應的病原菌毒性蛋白決定。這類專化性抗病基因，在作物育種過程中非常常用。

依託這一平台，研究團隊將XA21基礎抗病和XA48專化性抗病雜交聚合，培育出一種水稻新品系。該品系水稻在經歷颱風、洪水等極端脅迫後，仍能在不同稻區保持穩定抗性，且不影響產量等重要農藝性狀。這也就首次在作物上證明，兩個免疫網絡的疊加可以重構野生稻的廣譜抗病性，為破解作物病害綠色防控難題提供了新思路。

這項研究成果為我國植物保護和生物育種突破奠定了重要基礎，已被隆平高科、荃銀高科、中國水稻研究所、中國農業科學院等多個育種單位直接應用於抗病新品種培育，實現了從基礎研究到育種應用的有效轉化。這也極大地助力了我國作物育種和農業綠色生產，為「把種子牢牢攥在自己手裡」提供技術支撐。