作物在生长过程中常常遭受病原真菌、细菌、病毒等多种微生物的侵害导致多种病害，给粮食生产造成严重损失。培育与利用多病害抗性作物品种是防治病害最经济有效且环保的方法，而鉴定新的抗病基因、尤其是多病害抗性基因是抗病育种的关键。水稻是全球最重要的粮食作物之一，长期受到稻瘟病、纹枯病、白叶枯病等主要病害的威胁，而穗部病害稻曲病近年来也上升成为我国主要水稻病害之一。目前抗稻瘟病、白叶枯病和纹枯病的基因已有许多报道，但抗稻曲病基因鲜有报道，特别是同时抗多种病害的基因资源十分缺乏。因此，发掘新型多病害抗性基因对防治水稻病害和保障国家粮食安全具有重大意义。
2023年1月17日，四川农业大学王文明教授团队在Nature Plants在线发表了题为A natural allele of proteasome maturation factor improves rice resistance to multiple pathogens的研究论文，报道了一个编码蛋白酶体成熟因子的天然等位基因赋予水稻对稻瘟病、稻曲病、纹枯病、白叶枯病等多种病害的抗性，同时不影响水稻产量。
雅恢2115是四川农业大学培育的一个优质多抗超级稻恢复系，由雅恢2115配组育成的水稻品种已超过18个，累计推广面积3000多万亩。雅恢2115对稻瘟病具有广谱抗性，研究人员利用转录组学技术从中挖掘到一批广谱抗病候选基因。其中，一个编码蛋白酶体成熟因子的OsUMP1基因只在雅恢2115中被稻瘟菌诱导表达，而在小种特异性抗病材料及感病材料中不被诱导。将雅恢2115中的OsUMP1（UMP1R2115）导入到感病水稻中，能够提高水稻对多个稻瘟菌菌株的抗性，同时可显著增强对稻曲病、纹枯病、白叶枯病等多种病害的抗性。田间试验表明，雅恢2115中的天然等位UMP1R2115赋予水稻多病害抗性的同时，对水稻主要农艺性状和产量没有明显影响。进一步生理生化与遗传学实验证明，在病原菌入侵时，UMP1R2115通过增加水稻26S蛋白酶体的生物合成与活性，促进过氧化物酶APX8和过氧化氢酶CatB的降解，提高侵染位点过氧化氢的积累，从而增强水稻对多种病原菌的抵御能力。有趣的是，对5000多份水稻资源的OsUMP1位点进行序列分析发现，UMP1R2115具有14个雅恢2115特有的多态性位点，说明UMP1R2115是一个稀有的天然等位基因，有潜力导入到其他水稻品种中。
综上所述，该研究从杂交水稻优质恢复系中发现一个多病害抗性、稳产新基因，并揭示了一条解除植物免疫抑制的广谱抗病通路。
UMP1R2115增强水稻对多种病害的抗性且不影响水稻产量
四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室的博士后胡小红、硕士生申帅和吴金龙、博士生刘杰、青年教师王贺博士为该论文的共同第一作者，王文明教授和樊晶教授为共同通讯作者。此外，中国农科院植物保护研究所宁约瑟研究员和四川农业大学卢艳丽教授、黄富教授等参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、四川省青年科技创新研究团队、四川省自然科学基金、四川农业大学双支计划等项目的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-022-01327-3