近20年來(lái)，由于極端天氣頻發(fā)、水稻主栽品種抗源單一以及病原菌快速變異等因素，水稻白葉枯病已從區(qū)域性檢疫病害蔓延至全國(guó)所有稻區(qū)，成為制約水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要瓶頸。挖掘新型抗病基因、培育抗病與產(chǎn)量兼顧的水稻新品種，已成為保障國(guó)家糧食安全的迫切需求。中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心何祖華院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)等單位，在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》上發(fā)表了一項(xiàng)重要成果。研究成功克隆了廣譜抗白葉枯病基因Xa48，闡明了水稻免疫抗病的新機(jī)制，揭示了馴化過(guò)程中抗病與產(chǎn)量的平衡規(guī)律，為培育高抗高產(chǎn)水稻新品種提供了關(guān)鍵理論和技術(shù)支撐。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)千份水稻資源進(jìn)行大規(guī)模篩選，利用能克服傳統(tǒng)抗病基因Xa21的毒性菌株，在秈稻品種“雙科早”中鑒定出全新抗病基因Xa48。與Xa21主要針對(duì)東南亞病原菌不同，Xa48更適配我國(guó)及東北亞地區(qū)流行的白葉枯病菌，抗性更具針對(duì)性。Xa48編碼免疫受體蛋白，可精準(zhǔn)識(shí)別病原菌毒性蛋白 XopG，通過(guò)降解免疫抑制蛋白OsVOZ1/2激活水稻防御系統(tǒng)，從源頭阻止病菌入侵。這一全新免疫作用模型為水稻抗白葉枯病機(jī)制研究提供了重要科學(xué)依據(jù)。

水稻分為秈稻與粳稻兩大亞種，二者抗病性差異顯著。本次研究首次從進(jìn)化角度給出答案：在數(shù)千年人工馴化中，粳稻基因組逐漸丟失了Xa48，而該基因僅保留在秈稻中。原因是Xa48相關(guān)免疫模塊會(huì)影響粳稻產(chǎn)量性狀。歷史上粳稻多種植于長(zhǎng)江以北，水患與病害壓力較??；秈稻主栽于高溫高濕、病害高發(fā)的南方稻區(qū)。在“高產(chǎn)優(yōu)先”的選擇壓力下，粳稻逐步舍棄Xa48，而南方秈稻則保留了這一抗病關(guān)鍵基因。研究還提出，我國(guó)古代水利灌溉體系的發(fā)展改變了稻田病害發(fā)生環(huán)境，間接塑造了水稻亞種間的抗病基因差異。

長(zhǎng)期以來(lái)，作物育種面臨“抗病易減產(chǎn)、高產(chǎn)易感病”的矛盾。何祖華團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出基礎(chǔ)抗病+專(zhuān)化抗病疊加策略，將Xa21的基礎(chǔ)抗性與Xa48的強(qiáng)專(zhuān)化抗性結(jié)合，為水稻構(gòu)建雙重防御體系?；A(chǔ)抗病性可應(yīng)對(duì)所有病菌變種，類(lèi)似人體基礎(chǔ)免疫力；專(zhuān)化抗病性則精準(zhǔn)對(duì)抗主流流行菌株，類(lèi)似疫苗的保護(hù)效果。聚合兩種抗性的水稻新品系在臺(tái)風(fēng)、洪水等極端條件下仍保持穩(wěn)定抗性，且不影響產(chǎn)量等關(guān)鍵農(nóng)藝性狀。該研究首次在作物中證實(shí)，雙重免疫網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)野生稻級(jí)別的廣譜抗病性，為病害綠色防控提供全新路徑。

這項(xiàng)研究已實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的高效轉(zhuǎn)化，目前被多家單位直接用于新品種培育，將提升高抗高產(chǎn)水稻選育效率。這是何祖華團(tuán)隊(duì)繼2017年在《科學(xué)》發(fā)表稻瘟病廣譜抗病基因Pigm后，又一項(xiàng)世界級(jí)成果?？共∮N是保障糧食穩(wěn)產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)。本次Xa48基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用不僅破解了白葉枯病防控難題，更建立起可復(fù)制的廣譜抗病育種體系，顯著提升我國(guó)水稻種業(yè)自主創(chuàng)新能力，為保障國(guó)家糧食安全、推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)科技支撐。