近日，中國科學院合肥物質院智能所種質創新及利用團隊在水稻抗白葉枯病機制研究方面取得新進展，首次揭示了大片段基因組會引發廣泛的轉錄組重編程、激素信號激活，并增強對水稻白葉枯病的抗性，為作物抗病遺傳改良提供了新思路。相關成果已被植物科學領域Top期刊Frontiers in plant science接收發表。

研究團隊通過重離子束輻照技術鑒定得到一個水稻新型類病斑模擬突變體spl39，該突變體在分蘗期出現紅褐色類病斑，并伴隨株高降低、籽粒變小和育性下降等表型。研究發現，spl39的葉綠體超微結構受損，類囊體膜結構異常，導致光合能力下降；同時，活性氧過度積累和抗氧化酶活性降低觸發了程序性細胞死亡。圖位克隆發現，spl39基因組中存在一段306 kb的大片段缺失，涉及33個基因，其中包括二萜合成基因簇中的12個基因，這些基因能通過調節植物抗病相關物質的生物合成，提高對稻瘟病、紋枯病等病原脅迫的抵抗力。轉錄組分析和激素含量檢測表明，突變體spl39中激素信號通路（如水楊酸、茉莉酸、生長素和細胞分裂素）及防御相關基因顯著上調。之后，通過黃單胞菌（Xanthomonas oryzae?pv. oryzae，Xoo）菌株接種發現，突變體spl39對水稻白葉枯病的抗性顯著增強、病斑長度縮短、防御相關基因表達量增加。研究還發現，與野生型相比，spl39突變體對鹽處理更加敏感。因此，spl39突變體的大片段缺失導致多個代謝相關基因和激素生物合成基因的表達改變，從而增強突變體的抗病性、降低耐鹽性。

該研究首次揭示了大片段基因組會引發廣泛的轉錄組重編程、激素信號激活，并增強對水稻白葉枯病的抗性，為作物抗病遺傳改良提供了新思路。同時，突變體對鹽脅迫更敏感，提供表明在抗病性和抗逆性之間可能存在拮抗關系，也為耐鹽水稻育種提供新的基因資源和新思路。這些發現突顯了重離子束誘變在揭示大基因組區域的功能作用方面的潛力。

該研究得到新疆農業科學院重點科技創新培育計劃、中國科學院青促會、長三角科技創新共同體、蘭州重離子研究設施生命科學與淺埋腫瘤治療輻射終端聯合研究項目等項目的資助。合肥物質研究院博士生方成，浙江師范大學碩士生朱曉彤和彭令靈，生態環境部淮河流域局監測與科研中心馬威高級工程師為論文共同第一作者。合肥物質研究院劉斌美研究員和程維民特任副研究員、新疆農業科學研究院袁杰研究員、浙江師范大學陳析豐教授為論文的共同通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1639365

圖1 spl39表型?

圖2 spl39突變體對水稻白葉枯病抗性增強且防御相關基因上調

圖3 spl39突變體鹽敏感表型