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科技日報記者 王延斌 通訊員 郭翠華
小麥白粉病、赤霉病、蚜蟲被稱為小麥的“兩病一蟲”，是影響小麥產量及品質的“殺手”。近日，山東農業大學植物保護學院董漢松教授團隊發表在國際期刊《分子植物》中的成果揭示，小麥水通道蛋白TaPIP2;10通過兩個位點上的磷酸化，能提高小麥產量，增強小麥對“兩病一蟲”的抵抗能力，這為同步改良小麥產量與免疫性狀、設計育種等提供了重要理論依據。
植物水通道蛋白是細胞運輸小底物的膜通道，可以介導二氧化碳、過氧化氫等多種小分子化合物在細胞內外轉運，由此調控植物生長發育和免疫應答等多種生理過程，成為國內外學者研究的熱點方向。科學家之前的研究表明，光合作用是植物生長發育和物質生產的基礎，光合作用效率是植物和作物生長發育的決定因素，在擬南芥中，植物水通道蛋白通過影響機體中二氧化碳運輸促進光合作用和植物生長發育。過氧化氫作為信號分子激活植物防御網絡參與植物免疫反應，而水通道蛋白像一個“門控”可以調控過氧化氫的跨膜運輸。
董漢松團隊長期從事小麥水通道蛋白方面的研究，證實了小麥株高、鮮重、粒重和籽粒產量均由TaPIP2;10基因沉默而顯著降低，因TaPIP2;10基因過表達而顯著提高。同時，在對大氣中二氧化碳濃度升高的反應中，小麥TaPIP2;10在S280位點上發生磷酸化，磷酸化的TaPIP2;10將環境二氧化碳轉入小麥細胞內，從而增強光合作用，促進小麥生長發育，最終提高籽粒產量。
他們在研究中還發現，在對小麥接種白粉病菌、赤霉病菌時，誘導小麥質外體過氧化氫爆發，從而使得TaPIP2;10在S121位點處發生磷酸化，而磷酸化的TaPIP2;10將質外體過氧化氫轉入小麥細胞質，最終形成小麥細胞的免疫反應（PTI）。小麥被蚜蟲攻擊時，同樣誘導小麥質外體過氧化氫爆發，而過氧化氫同樣誘導TaPIP2;10在S121上發生磷酸化，并經由TaPIP2;10跨膜轉運進入小麥細胞質，過氧化氫隨后激發小麥韌皮部防衛反應（PBD）。
“無論白粉病菌、赤霉病菌侵染還是蚜蟲侵襲，都能激活PTI和PBD。PTI和PBD的激活能有效抵御病菌侵染和蚜蟲侵襲，從而顯著挽回‘兩病一蟲’造成的產量損失。”董漢松向記者介紹。根據上述結果，他們提出了TaPIP2;10促進小麥生長發育和抗病抗蟲的功能模式。
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