水稻“低氮”妙計，巧防病毒侵襲 | 科技前線

2025-07-02 09:16:46　來源: 中科院之聲

北京舉報

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矮稈水稻品種的推廣與氮肥使用量的增加，極大提高了單產(chǎn)水平。但水稻大量消耗了氮肥和水資源，如何在降低水肥投入的同時，保障糧食產(chǎn)量與作物抗病性，是亟待解決的重要問題。

中國科學(xué)院微生物研究所研究團隊，通過深入研究硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白OsNPF6.1與水稻條紋病毒（RSV）相互作用，揭示了OsNPF6.1在調(diào)控低硝酸鹽環(huán)境下，平衡水稻生長與抗病性發(fā)揮的關(guān)鍵作用。該研究為未來實現(xiàn)水稻種植“減肥節(jié)水增效”提供了一種新思路。

水稻免疫防線與病毒的反制

氮素的含量與形式顯著影響植物的抗病能力。在通常情況下，水稻在淹水環(huán)境下生長，水稻主要處在低銨態(tài)氮環(huán)境狀態(tài)。隨著“減肥節(jié)水增效”模式的推廣，水稻的生長環(huán)境發(fā)生了變化，使其對硝態(tài)氮的吸收比例逐漸提升，并長時間處于低硝態(tài)氮環(huán)境中。

研究團隊通過攻毒實驗發(fā)現(xiàn)，與低銨態(tài)氮環(huán)境（大水）相比，水稻在低硝態(tài)氮環(huán)境（節(jié)水）下，能顯著增強對RSV的抗性。當(dāng)水稻遭遇RSV攻擊時，水稻的

OsNPF6.1

基因被誘導(dǎo)表達，促進水稻對硝態(tài)氮的攝取。隨著細胞內(nèi)硝酸鹽的積累，硝酸還原酶基因

OsNR2

也被激活，催化生成免疫信使一氧化氮（NO），最終啟動抗病毒基因表達程序。

在這場微觀世界的宿主與病毒“戰(zhàn)爭”中，充滿了策略博弈。研究揭示，RSV病毒的“反制武器”——病害特異蛋白（SP）能夠精準(zhǔn)識別并結(jié)合OsNPF6.1蛋白，使蛋白功能陷入“癱瘓”狀態(tài)。這一策略會阻斷OsNPF6.1介導(dǎo)的硝態(tài)氮吸收途徑，瓦解水稻OsNPF6.1介導(dǎo)的抗病毒免疫防線，導(dǎo)致病毒入侵。

低氮環(huán)境下的絕地反擊

深入研究顯示，通常被認為不利于生長的低硝態(tài)氮環(huán)境，竟成了水稻對抗病毒的秘密武器。

分子構(gòu)象模擬分析表明，在低氮條件下，OsNPF6.1蛋白第132位蘇氨酸可能發(fā)生磷酸化修飾，這種關(guān)鍵的化學(xué)修飾如同給蛋白做了一次“微整形”，導(dǎo)致其空間構(gòu)象發(fā)生改變。

這種改變巧妙地減弱了OsNPF6.1與病毒SP蛋白之間的相互作用強度，使得被病毒瞄準(zhǔn)的“抗病開關(guān)”——OsNPF6.1，得以成功“逃逸”病毒的干擾，在逆境中重新激活免疫防御能力。

架起“抗病-高產(chǎn)”之橋

研究團隊此前與合作者成功鑒定出

OsNPF6.1

基因的優(yōu)異單倍型，顯著提高水稻在低氮脅迫環(huán)境下的產(chǎn)量潛力。

此次的最新研究證明，這個優(yōu)異的OsNPF6.1單倍型不僅關(guān)乎產(chǎn)量，其本身也賦予水稻對抗條紋病毒（RSV）的潛能。

通過選育和推廣攜帶

OsNPF6.1

優(yōu)異單倍型的水稻品種，并配套開發(fā)基于硝態(tài)氮的緩釋肥料技術(shù)，有望實現(xiàn)“一石三鳥”的目標(biāo)，即有效減少氮肥過量施用、降低農(nóng)業(yè)污染風(fēng)險、提升水稻對RSV等病毒的抵抗能力，最終達到“減肥、抗病、提高產(chǎn)量”的協(xié)同效應(yīng)。

論文鏈接：

http://doi.org/10.1111/pce.15626

來源：中國科學(xué)院微生物研究所

責(zé)任編輯：宋同舟

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