小麥是我國最重要的糧食作物之一，其高效且穩定的生產對于保障國家糧食安全至關重要。然而，小麥的安全生產面臨諸多挑戰，其中病蟲害嚴重威脅小麥的產量和品質。通過遺傳改良增強作物抗性，是防控病害最經濟有效的手段。然而，植物往往難以同時兼顧高產與廣譜抗病性，其深層原因在于植物激活防御反應會消耗大量資源，從而抑制生長發育，這一現象被稱為生長–防衛權衡（growth-defense trade-offs）。如何打破這一瓶頸，培育兼顧產量與廣譜抗病性的新種質，是植物科學領域的重要前沿問題。

近日，Plant Biotechnology Journal在線發表了植物保護學院董漢松教授團隊題為“Two Aquaporins Mitigate Growth-Defence Trade-Offs by Facilitating CO?andH?O? Transport in Wheat”的研究論文。該研究發現，小麥水通道蛋白TaPIP1;6和TaPIP2;10作為CO?和H?O?的跨膜運輸通道，能夠協同提高小麥籽粒產量以及對白粉病和麥長管蚜的抗性。

在正常生長條件下，TaPIP1;6和TaPIP2;10作為CO?運輸通道，促進大氣中的CO?向葉肉細胞運輸，增強光合作用效率，提高小麥籽粒產量。然而，當小麥遭受白粉菌或麥長管蚜侵襲時，質外體H?O?爆發，TaPIP1;6和TaPIP2;10轉為H?O?運輸通道介導H?O?從質外體向細胞質運輸，迅速激活MAPK級聯反應、胼胝質沉積和防衛基因表達，從而提高小麥對白粉病和麥長管蚜的抗性。進一步研究表明，在小麥中雙過表達TaPIP1;6和TaPIP2;10對CO?和H?O?具有協同效應，雙基因過表達植株比單基因過表達植株表現出更高的籽粒產量和病蟲抗性。該研究揭示了水通道蛋白在調節生長-防御權衡中的重要作用，為培育兼具高產和廣譜抗病性的新品種提供重要理論依據和遺傳靶點。

圖1 TaPIP1;6與TaPIP2;10介導CO?和H?O?轉運調控小麥生長-防御權衡的工作模型

植物保護學院盧凱副教授、已畢業碩士研究生亓碩和青年教師錢慧為論文的共同第一作者，陳蕾副教授和董漢松教授為論文的通訊作者。植物保護學院鄒珅珅教授、陳曉晨老師、張麗媛老師、在讀碩士研究生付蕭涵、安子揚參與了此項研究。本研究得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金和山東農業大學“沖一流”建設專項經費的資助。

本文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.70648

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審      核：賈    波