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基因导入疗法阻击小麦“癌症”
2019-07-03 08:48:00  来源:新华日报  作者:王 拓  
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  赤霉病,这种由多种镰刀菌真菌引起的病害因在世界范围内极具毁灭性且防治困难,号称小麦“癌症”。它不仅会导致严重的产量损失,还影响籽粒品质和食品安全。如何攻克这种疾病,一直是国内外农业科学家的关注焦点。

  近日,南京农业大学教授马正强团队在我国长江中下游的小麦基因资源“望水白”和“苏麦3号”中,通过图位克隆的方式,找到了抵抗小麦“癌症”的关键基因Fhb1,为战胜赤霉病提供了“利器”,相关成果在线发表于《自然—遗传学》。

  历史上,长江中下游冬麦区和东北春麦区是我国赤霉病重发区。但近年来,由于全球气候变暖,加之秸秆还田,赤霉病流行越来越频繁,形成“北扩西延”之势,对我国主产区小麦生产构成了严重威胁。统计显示,近10年中有8年我国赤霉病发病面积都超过8000万亩;80%左右小麦产区都有赤霉病流行的风险。马正强说,赤霉病主要是在小麦开花期遭遇高温(25℃至30℃)和湿度较大的气候条件下侵染穗子。一般流行年份可使小麦减产5%至15%,在大流行年可使小麦减产30%至60%,甚至绝收。

  幸运的是,我国有世界上最好的赤霉病抗源。国内外实践已经证明,我国小麦地方品种“望水白”及“苏麦3号”携带的抗赤霉病基因Fhb1是小麦中目前已知的抗性最好的基因。马正强团队分析了全球643份普通小麦品种中该基因对应染色体区段的遗传变异,发现它很可能起源于我国长江中下游地区,是我国特有的优异小麦基因资源。“该地区历来是赤霉病流行和暴发的区域,强大的选择压力提供了抗赤霉病自然突变被保留下来的条件。”马正强说。

  利用分子标记辅助选择的方法,研究人员将从江苏溧阳的小麦地方品种“望水白”和原太湖地区农科所培育的“苏麦3号”获取的Fhb1基因,导入到来自江苏、山东、河南、四川的中感或高感赤霉病小麦品种中,使这些品种的抗赤霉病扩展能力大幅度提高,并显著降低小麦籽粒中DON的含量。

  这项新研究有两个意义。马正强认为,一是奠定了认识小麦抗赤霉病分子机制的基础,朝最终解决赤霉病这一难题迈出了重要一步;二是有助于提高小麦抗赤霉病的育种效率,在育种实践中快速提高小麦对赤霉病的抗性。

  不过,由于小麦对赤霉病的抗性有多种类型,主要包括抗侵染和抗扩展,单靠Fhb1一个基因并不能战胜小麦“癌症”。自2000年以来,马正强团队对几个主要的抗赤霉病QTL开展了精细定位研究。他们克隆的Fhb1基因和另一个基因Fhb2主要提供对赤霉病扩展的抗性,即在病原菌侵染成功后,阻止赤霉病从一个病小穗扩展到临近小穗;而另外两个基因Fhb4和Fhb5提供抗病原菌初始侵染的能力,即减少病原菌的初始侵染。目前,这些基因已经被导入到江苏、四川、山东、河南等小麦主产区的30多个推广品种或育种高代品系中,抗病效果非常明显。

  关于何时攻克赤霉病,马正强说,“如果各方面能够配套,我们有信心用5年左右的时间,解决我国小麦主产区如河南、山东等地的抗赤霉病品种培育问题。”

标签:赤霉病;小麦;基因
责编:李苏珺
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