水稻是口粮作物，其高产稳产是我国和世界粮食安全的重要保障。稻瘟病是水稻安全生产的重要病害，可造成水稻产量损失达10%-30%。因此，高效防控稻瘟病是国内外许多科学研究关注重点的内容，尤其发掘水稻中可同时提高水稻产量和抗瘟性的重要基因对于保障国家粮食安全具有重要意义。

内质网相关的蛋白质降解(ERAD)包含位于内质网膜的泛素结合酶等组分，通过促进错误折叠或正常蛋白质的泛素化修饰和降解，在植物的生长发育和非生物逆境响应中发挥重要作用，但其在植物抗病性的作用尚未被报道。

近日，我院彭友良/陈倩团队与中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗团队合作在Nature Food上报道：ERAD相关泛素结合酶OsUBC45同时调控水稻的产量和广谱抗病性，并揭示了其作用机理。研究人员通过基因编辑构建了osubc45的敲除体，发现该基因敲除体产生矮杆、穗粒数减少和粒重降低等表型，最终产量减少50%以上，并显著减弱了对稻瘟病的抗性。同时，过表达OsUBC45的水稻产量提高10%-15%，并显著增强了对稻瘟病和白叶枯病的抗性（图1）。

图1  OsUBC45过表达增强水稻产量和广谱抗病性

进一步生化研究表明，OsUBC45分别通过促进水稻产量负调控因子OsGSK3和抗病负调控因子OsPIP2;1的降解，从而调控水稻的产量和抗病性（图2a-e）。稻瘟菌侵染时，水通道蛋白OsPIP2;1介导了过氧化氢从细胞质向胞间的运输。ospip2;1突变体中，过氧化氢外排减少，胞内过氧化氢含量升高，限制了菌丝在胞内的扩展（图2f）。OsUBC45过表达植株中过氧化氢的分布与ospip2;1突变体中类似。该研究为水稻的高产抗病分子育种提供了新的思路。

图2  OsUBC45分别通过促进OsGSK3和OsPIP2;1的降解参与产量和抗性调控

相关研究结果以“An ERAD-related ubiquitin-conjugating enzyme boosts broad-spectrum disease resistance and yield in rice”为题发表在Nature Food上(DOI: 10.1038/s43016-023-00820-y)。中国农业大学植物保护学院博士研究生王羽为论文第一作者，中国农业大学植物保护学院陈倩副教授、彭友良教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员为该论文共同通讯作者。中国农业大学植物保护学院赵文生教授、杨俊教授、Vijai Bhadauria教授，中国农科院植保所宁约瑟研究员，北大现代农学院张华伟研究员，山东大学刘利静教授参与了其中部分工作。该研究得到了国家自然基金委重大项目等的资助。