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第 89 期
(2017-02-14)
 
【文汇报】“基因克星”如何对抗“水稻癌症”
上海科学家经14年探索,解开广谱和持久抗稻瘟病机制之谜
文章来源: 文汇报 许琦敏 发布时间: 2017-02-07

带Pigm的水稻结穗饱满的同时,不带该基因的水稻却因感染稻瘟病而叶黄穗瘪。(何祖华课题组供图)

  有“水稻癌症”之称的稻瘟病,动辄就会造成农民减产、绝收。而它又像流感病毒那样,几乎年年都会有新变种出现,抗病品种往往推广两三年就会失效。2月6日,中科院上海植物生理生态研究所宣布,该所何祖华研究员课题组耗时十几年,不仅找到能持久抗稻瘟病的“基因克星”,而且还弄清了它是如何聪明地与“善变”的稻瘟病菌“周旋”的。2月2日,国际著名学术期刊《科学》在线发表了这一成果。

  稻瘟病又称“火烧瘟”,一旦蔓延开,就如星火燎原,甚至可让农民颗粒无收。2014年,安徽种植的万亩水稻就曾因发生稻瘟病,导致大面积减产,甚至绝收。何祖华介绍,它在世界各稻区均有发生,是影响我国水稻产量的主要病害。“更难对付的是,它特别‘善变’,基因不断变异,现在亚种有100多种。”他说,植物科学家一直想从水稻基因里,寻找稻瘟病的长期克星,但一直未能如愿。

  2002年,何祖华课题组与育种家合作,筛选广谱抗瘟基因资源。他们注意到,一个抗病品种的抗性很强,而且其后代在湖北恩施长期种植,似乎一直不受稻瘟病的影响。于是,他与育种家合作,尝试从中筛选抗瘟基因。

  看似简单的一句话,整整耗费了科学家4年时间:基因测序、拼装可能有关的基因序列、找到相关基因、克隆……论文第一作者、上海植生生态所邓一文博士说,水稻中抗稻瘟病的基因虽多,但要找到最关键的那个,并不容易,得一个个做实验测试过来。2006年,他们终于鉴定出了一个几乎能对抗稻瘟病所有变异病菌的位点Pigm。

  接下来,他们又花费了10年功夫,才弄清了其中的奥秘。何祖华说,生命进化的智慧实在令人赞叹:Pigm中有2个发挥功能的蛋白PigmS和PigmR——它们一个能抗病,却会使水稻种子变小,造成减产;另一个能增产,却会稍稍抑制抗病性。它们“联手”的结果是,稻瘟病只能部分侵染水稻的叶片等组织。“这样一来,病原菌由于尚有生存空间,就不会‘狗急跳墙’,拼命变异以求对抗这个抗病基因。”他说,这反而使Pigm具有了持久的抗病性,同时高产性状也得以保证。

  这个奥秘的揭开,令育种家恍然大悟:过去,他们也曾用谷梅4号培育抗病品种,有的可以长期抗病,有的却不行,一直不得要领。如今,“基因克星”秘密的解开,使育种家有了明确的目标——一定要将Pigm位点带进新品种,才会得到既抗病又稳产的水稻新品种。这两个基因紧密连锁在染色体的一个小区段内,不能分开,因此选育的品种既有广谱抗病性,又不影响最终的产量。

  由于国家农业部规定,高产品种一定要有抗病性保驾护航。这个新基因位点Pigm自发掘以来,已经被国内30多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种,目前已有新品种参加区试和品种审定。

  美国堪萨斯州立大学植物病理学家巴巴拉·凡冷特教授说:“找到Pigm,在全球的水稻栽培区,特别是稻瘟病重灾区具有广阔的应用前景,对于减少水稻损失,减少农药使用,具有不可磨灭的贡献。”

  由于新发现采用了表观遗传调控抗病基因的表达,在科学上也有创新意义,因此也颇受基础研究者的关注。何祖华说,这个基因与野生稻种不同,可能来源于广西、云南或四川万年前的驯化稻种,“我们还要从中探寻更多奥秘,为未来防御稻瘟病做技术储备。万一5-10年后,Pigm失效了怎么办?有没有互补基因?14年的探索,还有很长的路要走。”

  (原载于《文汇报》 2017-02-07 07版)

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