鱼与熊掌兼得：从屯垦戍边到高产稳产

作物抗病的过程是一个能量消耗的过程。高抗性作物通常在产量相关性状上表现不佳。然而，高产品种往往面临病害问题，给粮食稳定生产带来很大隐患。作物的高抗性和高产量就像鱼和熊掌一样。很难两者兼得，这是困扰育种者的一个大问题。只有抗病与高产的矛盾得到很好的平衡，才能培育出高产、高抗的作物新品种，作物才能高产、稳产，从而有效地保障国家的粮食安全。

为了获得高产、高抗的水稻新品种，一般的策略是在抗病基因库中寻找生长成本较低的抗病基因，然后将它们导入产量性状较好的品种中。由于大多数这些抗病基因是种族特异性的，并且只针对一种或有限数量的病原菌，因此有必要积累许多抗病基因。这些抗病基因对产量的累积效应显著降低了作物产量，导致利用该策略培育高产高抗新品种的成功案例减少。南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室的杨·教授针对这一产业问题，受中国屯垦戍边政策的启发，开拓了一条新路。他第一次试图在高产基因库中找到具有抗病功能的基因。通过抗病基因的诱导表达，水稻达到了高产和高抗的育种目标。

中国科学院李家洋院士于2010年首次发现理想株型基因IPA1 (IPA1/OSS PL 14)。适度上调IPA1可减少水稻无效分蘖，增加穗枝，增强秸秆强度，最终提高单位面积产量。因此，含有ipa1-1D和ipa1-2D功能性获得等位基因的水稻品种已被广泛种植。

杨的团队在高产基因库的筛选中发现，当白叶枯病病原菌感染时，IPA1的表达发生了变化，提示它们可能参与了抗病过程。他们进一步测试了含有ipa1-1D和ipa1-2D的高产水稻品种，但不幸的是发现这些品种通常对疾病有抵抗力，证明鱼和熊掌不能兼得。他们过表达IPA1，发现这些水稻品种对白叶枯病具有广谱的高抗性。然而，这些水稻品种的分蘖极其减少，穗缩短，肥力下降，最终导致水稻产量大幅下降，再次证明鱼和熊掌不能兼得。

为了获得高抗性和高产的水稻，杨·董磊的团队利用由白叶枯病病原体TALE类效应因子诱导和表达的奥申1启动子表达了IPA1，并获得了他们命名的HIP水稻。在没有病原体感染的情况下，HIP水稻稍微增加了IPA1的表达，类似于ipa1-1D和ipa1-2D，因此显示出诸如分蘖少、穗大、茎粗等表型。最后提高产量。当白叶枯病感染时，IPA1被强烈诱导和表达，这大大增强了抗病性。更重要的是，HIP水稻在感染白叶枯病时也表现出高产。HIP大米就像一个耕种和守卫边境的农民。在和平时期，他耕种农田，纳税，收粮，发展经济。战时，他放下锄头，拿起剑，浴血奋战，保卫自己的国家。当战争平息后，士兵们再次成为农民，实现了鱼和熊掌的结合。

相关的研究发表在3月18日的*国际期刊《自然-植物》上。