一石多鸟：PigmR整合多重防御通路实现水稻广谱抗稻瘟病的分子机制解析

《Stress Biology》：One stone for multiple birds: PigmR integrates multiple defense pathways for high and broad-spectrum blast resistance in rice

编辑推荐：稻瘟病菌(M. oryzae)严重威胁全球粮食安全，传统抗病基因存在抗谱窄、产量代价大等瓶颈。南京农业大学团队通过解析广谱抗稻瘟病基因PigmR的分子机制，发现其通过PIBP1-WAK14/PAL1转录调控、PICI1-OsMETS1-乙烯代谢和PIBP4/Rab5a-Rac1-ROS微域形成三条通路协同作用，首次实现抗病性与产量平衡，为作物抗病育种提供新策略。

　　稻瘟病被称为水稻的"癌症"，每年造成全球10-30%的水稻减产。传统抗病育种依赖单个NLR基因，往往仅对特定生理小种有效，且伴随产量下降。Gumei 4(GM4)品种具有罕见的持久广谱抗性，其关键基因PigmR的发现为突破这一困境带来曙光。南京农业大学植物免疫团队通过多组学联用技术，系统解析了PigmR"一石三鸟"的分子机制。

关键技术方法：研究采用近等基因系(NIL)构建、酵母双杂交(Y2H)筛选、染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)、 ubiquitome分析等技术，结合遗传转化和病理学实验，以GM4和Nipponbare为材料体系。

"The stone"：PigmR-PigmS平衡机制
PigmR编码CC型NLR(CNL)，与相邻的PigmS形成独特拮抗系统。PigmR通过同源二聚化激活免疫，而主要在花粉表达的PigmS通过异源二聚化抑制其活性，在非病原条件下提高结实率，实现"抗病-产量"双赢。这解释了GM4品种50年持久抗性的遗传基础。

"Bird one"：转录调控通路
Y2H筛选发现转录因子PIBP1直接结合OsWAK14和OsPAL1启动子。PigmR促进PIBP1核定位（NIL-Pigm中95.3% vs Nipponbare 59.7%），激活细胞壁加固和苯丙烷代谢关键基因，形成首条防御屏障。

"Bird two"：代谢重编程通路
通过互作组与chitin诱导组联合分析，发现去泛素酶PICI1稳定甲硫氨酸合成酶OsMETS1，促进乙烯合成。病原效应子AvrPi9靶向降解PICI1时，PigmR通过竞争性结合保护PICI1，协调PTI和ETI免疫响应。

"Bird three"：细胞微域防御通路
PRA蛋白PIBP4招募OsRab5a，引导PigmR从内质网向质膜微域转运。微域定位的PigmR激活OsRac1 GTP酶，促进NADPH氧化酶OsRbohs介导的ROS爆发，该机制与已知抗病蛋白Pit存在交叉调控。

该研究首次揭示单个NLR基因通过转录、代谢和细胞微域三重调控网络实现广谱抗性的分子范式。提出的"抗病-产量"平衡模型已被应用于18个水稻品种的分子设计育种。未解之谜如PigmR是否具有钙通道功能、是否存在直接识别效应子等，为后续研究指明方向。这项工作为作物抗病育种提供了可推广的理论框架和技术体系，对保障粮食安全具有重要战略意义。