众多病原微生物危害植物的整个生命周期引起各种各样的病害，造成农作物减产和品质下降, 严重影响世界各国的农业生产和粮食安全。为控制农作物病害，每年使用大量的化学农药，对生态环境和人民健康造成巨大压力。利用抗病基因培育抗病品种是绿色可持续防控农作物病害的重要手段。挖掘抗病基因，深入研究植物免疫激活和广谱抗性调控机制是培育抗病品种的重要理论基础。

2024年11月8日，国际权威学术期刊Science以First Release的形式在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士团队、张余团队与国内外研究者合作完成的题为“A canonical protein complex controls immune homeostasis and multipathogen resistance”的研究论文。该研究团队发现了一个禾本科植物中TIR-only蛋白OsTIR的分子和生化功能，揭示了一个植物免疫稳态精细调节的信号网络，为作物多病原菌抗性育种提供了新的基因资源和育种靶标。

何祖华及其合作研究团队在前期研究中发现一个水稻免疫抑制基因ROD1，该基因突变引起ROS积累，产生免疫自激活表型，显著提高水稻对多个病原菌如稻瘟病、白叶枯病和纹枯病的抗性，论文发表于国际顶级期刊Cell（Gao et al., 2021）。然而对ROD1抑制免疫激活的信号网络尚不清楚。

该研究团队采用EMS诱变和γ射线诱变方法筛选rod1免疫自激活抑制子的策略深入研究，筛选获得18个稳定的rod1抑制子株系。通过图位克隆和全基因组测序分析，发现这些抑制子分别是OsTIR、OsEDS1、OsPAD4和OsADR1的基因突变。OsTIR作为NAD酶催化产生免疫小分子pRib-AMP，从而触发OsEDS1-OsPAD4-OsADR1（EPA）免疫复合物的形成，进而激活免疫反应。ROD1与OsTIR直接互作并抑制OsTIR的酶活，从而阻碍EPA信号途径激活。当水稻受到病原菌侵染时，ROD1被病原菌诱导E3泛素连接酶迅速降解，OsTIR被诱导激活，促进EPA复合体的形成并激活免疫提高水稻广谱抗病性；如果ROD1功能受损或缺失时，OsTIR活性被完全释放，导致大量EPA复合物激活，产生免疫自激活表型。

综上，该研究首次发现水稻中TIR-only蛋白OsTIR的分子生化功能，揭示了一个五组分的免疫网络协调免疫稳态和动态，阐明了一个在单双子叶植物中保守的免疫触发和信号通路，为作物多病害抗病育种提供了新的抗病靶标基因。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士研究生武越、徐炜莹、雷子耀、高级工程师刘继云、上海科技大学博士研究生赵国燕以及复旦大学博士研究生李魁为共同第一作者，何祖华院士、张余研究员、邓一文研究员（现为浙江大学求是特聘教授）和复旦大学高明君研究员为共同通讯作者。德国马普植物育种研究所Jane E. Parker院士、西湖大学柴继杰教授等参与了本项工作的研究。本课题受到国家自然科学基金、农业生物育种重大专项、国家重点研发计划、上海市基础研究特区计划等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adr2138

ROD1-OsTIR-EPA免疫级联模型