小麦是我国最重要的粮食作物之一，其高效且稳定的生产对于保障国家粮食安全至关重要。然而，小麦的安全生产面临诸多挑战，其中病虫害严重威胁小麦的产量和品质。通过遗传改良增强作物抗性，是防控病害最经济有效的手段。然而，植物往往难以同时兼顾高产与广谱抗病性，其深层原因在于植物激活防御反应会消耗大量资源，从而抑制生长发育，这一现象被称为生长–防卫权衡（growth-defense trade-offs）。如何打破这一瓶颈，培育兼顾产量与广谱抗病性的新种质，是植物科学领域的重要前沿问题。
近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了植物保护学院董汉松教授团队题为“Two Aquaporins Mitigate Growth-Defence Trade-Offs by Facilitating CO₂andH₂O₂ Transport in Wheat”的研究论文。该研究发现，小麦水通道蛋白TaPIP1;6和TaPIP2;10作为CO₂和H₂O₂的跨膜运输通道，能够协同提高小麦籽粒产量以及对白粉病和麦长管蚜的抗性。
在正常生长条件下，TaPIP1;6和TaPIP2;10作为CO₂运输通道，促进大气中的CO₂向叶肉细胞运输，增强光合作用效率，提高小麦籽粒产量。然而，当小麦遭受白粉菌或麦长管蚜侵袭时，质外体H₂O₂爆发，TaPIP1;6和TaPIP2;10转为H₂O₂运输通道介导H₂O₂从质外体向细胞质运输，迅速激活MAPK级联反应、胼胝质沉积和防卫基因表达，从而提高小麦对白粉病和麦长管蚜的抗性。进一步研究表明，在小麦中双过表达TaPIP1;6和TaPIP2;10对CO₂和H₂O₂具有协同效应，双基因过表达植株比单基因过表达植株表现出更高的籽粒产量和病虫抗性。该研究揭示了水通道蛋白在调节生长-防御权衡中的重要作用，为培育兼具高产和广谱抗病性的新品种提供重要理论依据和遗传靶点。
图1 TaPIP1;6与TaPIP2;10介导CO₂和H₂O₂转运调控小麦生长-防御权衡的工作模型
植物保护学院卢凯副教授、已毕业硕士研究生亓硕和青年教师钱慧为论文的共同第一作者，陈蕾副教授和董汉松教授为论文的通讯作者。植物保护学院邹珅珅教授、陈晓晨老师、张丽媛老师、在读硕士研究生付萧涵、安子扬参与了此项研究。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东农业大学“冲一流”建设专项经费的资助。
本文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70648
编 辑：万 千
审 核：贾 波
