我院刘凤权教授团队综述水稻白叶枯病持久抗性精准设计框架
2026-09-11 浏览次数： 10
9月8日，贵州大学刘凤权教授团队与南通大学Pedro Laborda教授团队合作在国际权威期刊Plant Communications（中科院1区TOP，IF=13.7）在线发表了题为“Precision Engineering of Evolution-Resilient Rice against Bacterial Blight”的长篇综述文章。文章围绕水稻与白叶枯病菌的协同进化，系统梳理病原菌适应机制、水稻免疫网络及抗病工程技术进展，提出整合病原监测、精准育种和多层防控的“进化韧性”抗性框架，为延缓病原菌适应、提高抗性持久性提供研究思路。
图1 论文信息：Li et al., Plant Communications, 2026
1.从抗性丧失问题出发重新审视抗病育种
水稻白叶枯病是威胁水稻生产的重要细菌性病害，其病原菌为水稻黄单胞菌水稻致病变种（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）。抗病基因的发掘与应用为病害防控作出了重要贡献，但病原菌能够通过遗传变异和群体结构变化持续适应寄主，部分抗性因而面临被突破的风险。如何让抗性在不断变化的病原群体中维持更久，是抗病育种与病害管理需要共同回答的问题。
针对这一挑战，文章以“进化韧性”（evolution-resilient）为核心概念，强调通过遗传、生态和田间部署等多重屏障，提高病原菌突破抗性的难度与适应代价。这一思路将抗性评价从对当前菌株的防御效果，拓展到对病原未来适应能力及抗性长期表现的综合考量。
2.解析病原适应与水稻免疫的关键环节
文章首先总结了Xoo基因组可塑性、TAL效应蛋白多样化及免疫抑制等适应机制。其中，TAL效应蛋白能够识别水稻感病基因启动子中的效应蛋白结合元件（EBE），诱导OsSWEET11、OsSWEET13和OsSWEET14等糖转运蛋白编码基因的表达，为侵染创造有利条件。寄主启动子发生变化后，病原菌仍可能通过效应蛋白组成或识别特异性的改变重新获得侵染能力。因此，抗性设计需要结合不同地区病原群体的遗传多样性，同时关注非TAL效应蛋白等其他致病途径。
在寄主防御方面，文章梳理了水稻从病原识别、钙信号和MAPK级联反应，到转录重编程与细胞壁加固的多层免疫网络，并讨论非编码RNA和免疫肽等调控模块。相关进展为抗性改良提供了候选靶点，也提示免疫增强需要兼顾生长发育、产量及环境适应性。
3.以精准编辑降低感病性并重定向病原信号
针对TAL效应蛋白对寄主的利用，文章重点讨论了两类互补策略。一类是精准编辑SWEET等感病基因启动子中的EBE，阻断病原诱导，同时尽可能保留基因正常生理功能；多位点联合编辑有望扩大对不同效应蛋白的防御范围。另一类是设计执行者抗病基因或诱饵系统，在Xa23等执行者基因上游配置TAL响应元件，将病原效应蛋白的作用转化为寄主防御信号。
这两类策略分别从减少感病基因被利用、触发抗病反应的角度干预互作过程。文章强调，其抗性谱、产量代价和持久性仍需在多样化菌株、不同水稻遗传背景及真实田间条件下检验；对免疫调控枢纽的编辑也应审慎评估潜在的生长与抗逆权衡。
图2 通过基因编辑构建水稻白叶枯病抗性的不同策略
4.结合免疫预激活与微生物组构建多层防护
除遗传改良外，文章进一步讨论了纳米材料和微生物组工程的补充作用。纳米材料可用于免疫预激活、抗菌物质递送及病原检测，为更及时、精准的干预提供技术选择；合成微生物群落则有望通过生态位竞争、拮抗作用和诱导寄主抗性，共同增强防护。种子生物预激等措施还可能帮助有益微生物在植物生长早期建立定殖。
上述技术的应用效果取决于具体材料与生态条件。文章特别指出，纳米制剂的环境安全性、微生物群落的定殖稳定性及不同措施之间的兼容性，均需在田间验证基础上评估，才能形成可持续的防控组合。
5.推动病害管理形成监测与设计相衔接的反馈循环
在综合现有进展的基础上，文章提出由预测生态学、精准育种和多层部署组成的整体框架：利用病原群体基因组、环境和农艺数据评估毒力变化风险，以监测结果指导抗病基因组合、启动子编辑与执行者系统设计，再将抗性材料与适宜的纳米制剂、保护性微生物群落等配套使用。田间部署后的持续监测则反过来修正风险判断与设计方案，形成动态更新的反馈循环。
图3 面向水稻白叶枯病持久抗性的进化韧性工程框架
文章为水稻白叶枯病抗性改良提供了一个将进化规律纳入技术设计的整体视角。作者强调，“进化韧性”并不意味着永久阻止病原进化，其目标在于延缓适应、提高抗性持久性。未来仍需通过跨地区、多季节及气候胁迫条件下的验证，综合评价抗病效果、农艺性状、生态影响与应用成本，推动相关策略走向实际生产。
贵州大学农学院特聘教授李开怀和植物保护专业博士研究生罗乐为论文共同第一作者，贵州大学刘凤权教授和南通大学Pedro Laborda教授为共同通讯作者。贵州大学农学院为第一署名单位。该工作获得国家自然科学基金（32472527、32460045、32300164、W2532024）及贵州省植物细菌与生物防治科技创新人才团队项目支持。
论文信息：Li, K., Luo, L., Shi, X., Li, C., Laborda, P., and Liu, F. (2026). Precision Engineering of Evolution-Resilient Rice against Bacterial Blight. Plant Communications. DOI: 10.1016/j.xplc.2026.102097.
原文链接：https://www.cell.com/plantcommunications/fulltext/S2590-3462(26)00405-0