“基因克星”如何对抗“水稻癌症”
07.02.2017 19:36
本文来源: 科学技术委员会
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。昨天，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。”(首席记者 许琦敏) 【来源】文汇报
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07.02.2017 19:36