2023年12月29日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所、崖州湾国家实验室、广州市农科院、扬州大学等多家单位联合在Plant Communications上发表题为The MRE11-ATM-SOG1 DNA damage signaling pathway confers rice immunity to Xanthomonas oryzae 的研究论文，揭示了水稻白叶枯病抗性新途径MRE11-ATM-SOG1及其应用。

水稻白叶枯病是由水稻黄单胞菌引起的细菌性病害，严重影响水稻产量，也是水稻三大主要病害之一。除了经典的抗病信号途径，即第一层和第二层免疫系统外，植物还可以产生次生代谢物作为抵御入侵病原体的另一道防线。水稻响应白叶枯菌以诱导体内二萜类家族以及黄酮类等抗菌素类的代谢合成。然而，水稻如何感知白叶枯菌并激活下游抗菌素的代谢合成网络，目前尚未有报道。

该研究揭示了白叶枯菌（ZJ173）可诱导水稻野生型叶片细胞产生DNA双链断裂损伤(DNA double strand break, DSB)。通过研究DSB损伤修复途径（c-NHEJ, alt-NHEJ, HR）与白叶枯病免疫应答之间的系统性关系，发现alt-NHEJ途径的MRE11-ATM-SOG1信号正调控白叶枯病抗性，SOG1直接结合并转录诱导类苯基丙烷合成途径的基因，从而促进抗菌素的代谢合成，证实了水稻-白叶枯菌非特异性识别触发的内在免疫机制。进一步发现KU70基因的缺失导致alt-NHEJ修复蛋白COM1在ZJ173诱导的DSB位点的招募增强，且对白叶枯病抗性也增强。然而ku70突变体在减数分裂过程的缺陷导致其生殖期不育，无法应用于抗性育种。

研究团队前期发现冷诱导的TOP6A3复合物可以抑制KU70在DSB位点的招募，损坏c-NHEJ修复途径的启动。过表达TOP6A3-OE1和TOP6B-OE1重塑了水稻体内DSB修复途径的优先性选择，导致c-NHEJ 修复途径效率减弱，而alt-NHEJ修复途径效率增强，从而增强了MRE11-ATM-SOG1介导的抗菌素代谢合成，并赋予水稻白叶枯病抗性，并导致水稻生育期稍微缩短而不影响育性和单株产量。总之，该研究为植物抗病领域填补了一个新的调控机制，同时也为水稻白叶枯病抗性育种提供新的见解。