董欣年教授联合华中农业大学 两篇Nature文章解决抗病难题

　　

生物通报道：来自美国杜克大学，华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室等处的研究人员发表了题为“ORF-mediated translation allows engineered plant disease resistance without fitness costs”的文章，采取双盲实验，通过利用uORF（上游开放阅读框）在翻译水平上精准调控该抗病蛋白NPR1的表达，实现了在显著提高植物对不同类型病原菌广谱抗病性的同时，不影响其它农艺性状。

这一研究成果公布在5月18日的Nature杂志上，文章的通讯作者是杜克大学知名华人女科学家董欣年（Xinnian Dong）教授，其早年毕业于武汉大学, 在哈佛大学完成博士后研究，2012年当选为美国国家科学院院士。董欣年院士主要研究方向为水杨酸和茉莉酸介导的信号转导途径及其相互作用机制。

同期董欣年教授研究组还发表了另外一篇文章：Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants，提出了植物免疫应答中的一种新分子机制。

病害是影响农作物安全生产的重要因素之一。为了提高农业生产上农作物对不同病害的抗性，育种家常常通过杂交手段将不同类型的抗病基因聚合在一起。但是这种在农作物中机械性累积多个抗病基因于一身的杂交手段带来了负面影响，一方面农作物的农艺性状，尤其是产量等受到影响，另一方面会引起病菌的变异，造成抗病基因功能的丧失。

农作物类似于一座城池，抗病基因好比警戒外敌入侵的守卫。如何协调正常防卫和全面和谐发展之间的关系就显得十分重要。此前，美国、法国、中国、日本、印度等多个实验室分别独立发现模式研究植物拟南芥的核心抗病反应调控基因NPR1可以显著提高很多农作物对不同病害的抗性，但是会影响农作物的产量等性状，限制了其广泛应用。

那么如何提高植物对不同类型病原菌广谱抗病性的同时，又不影响其它农艺性状？

在这篇文章中，董欣年教授研究组与华中农业大学王石平教授研究组采取双盲实验，通过利用uORF（上游开放阅读框）在翻译水平上精准调控该抗病蛋白NPR1的表达。在没有病原菌入侵时候，NPR1蛋白处于极低表达水平；一旦有病原菌危害，NPR1蛋白快速表达，短时间内即可阻止病菌的入侵。在水稻中进一步研究发现精准调控NPR1的表达，不仅不影响水稻的农艺性状，并且对水稻生产上重要病害—稻瘟病、白叶枯病和细菌性条斑病均有很好的抗性。

这项研究通过在翻译水平上精准调控抗病基因的表达，在显著提高植物对不同类型病原菌广谱抗病性的同时，不影响其它农艺性状。该研究成果在农作物生产上有重要应用价值。

另外一篇文章则主要针对植物整体免疫调控：植物由于缺乏专门的免疫细胞，因此需要重编程，从生长相关活性转向防御活性。但是关于这种免疫诱导的翻译转变过程，至今科学家们了解的都不多。在这篇文章中，研究人员利用核糖体印迹（ribosome footprinting），绘制了拟南芥（微生物相关分子模式elf18）的整体翻译组图谱。

从中，研究人员发现，在这种模式触发的免疫应答中，翻译受到严格的调控，而且与转录并无太多关联。他们找到了翻译效率变化的基因，并鉴别出了这种免疫应答的新调控因子，在之后的进一步分析这些基因中，研究人员发现mRNA序列特征是翻译效率改变的主要决定因素。

这项研究不仅为这种翻译改变提供了有力的证据，而且还提出了一种植物模式诱发整体翻译重编程的免疫分子新机制。

（生物通：万纹）

原文标题：

ORF-mediated translation allows engineered plant disease resistance without fitness costs

Global translational reprogramming is a fundamental layer of immune regulation in plants