想要水稻既高产又不生病？上海科学家解世界级难题获重大突破
07.02.2017 19:35
本文来源: 科学技术委员会
安徽蚌埠的农民不会忘记，2014年他们辛苦种植的万亩水稻发生稻瘟病，出现大面积减产、甚至绝收。那一年，稻瘟病在全国普遍发病，造成重大粮食损失。水稻是最重要的粮食作物之一，但多年来科学家一直难以解决其抗病和高产的矛盾。近日，中科院上海植物生理生态研究所何祖华团队在攻克这一世界级难题时取得重大突破，研究成果在线发表于国际权威学术期刊《科学》上。
稻瘟病，水稻的癌症
我们不妨先来了解一下稻瘟病。这是水稻的癌症，又称“稻热病”、“火烧瘟”，可引起大幅度减产，严重时减产40%～50%，甚至颗粒无收。稻瘟病由真菌引起，会随着风、水流等扩散开来，于2012年被列为十大真菌病害之首，我国乃至全球所有水稻产区都受其危害，因此我国水稻新品种审定从2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制。
目前，选育水稻抗病品种主要有两种途径。其一是选择单个抗病基因进行育种，由于稻瘟病菌多变，这种方法培育的水稻往往推广3年后就丧失了抗病性。其二是将多个抗病基因聚合到一个新品种，但可用的抗病基因不多，育种选择难度大、周期长，且由于抗病基因太多，消耗了能量导致产量和品质降低，这就和人生病发烧之后会消瘦类似。
难道抗病和高产无法兼得？寻找广谱持久的抗性基因成了水稻种植的当务之急。
病原菌有了“活路”，减缓了基因突变
上海植生生态所的何祖华团队与育种家合作，从2002开始，就广泛筛选抗病品种，2006年从起源于我国农家品种的育种材料中分离到广谱抗病基因Pigm，其抗病性甚至优于国际上已经找到的几个基因。这一品种的后代从上世纪80年代起就在湖北恩施种植，一直表现为抗病。
从知其然，到知其所以然。何祖华团队又用了10年时间来系统解析这个新位点的功能机制。
何祖华研究员近照。
他们研究发现，Pigm中有2个发挥功能的蛋白PigmR和PigmS。前者对所有检测的稻瘟病菌具有广谱抗病性，但同时会使水稻种子变小，产量降低。而后者不产生抗病性，反而会抑制前者的抗病功能，但可以提高水稻结实率（产量）。
有意思的是，通过长期进化和人工选择，PigmS的基因表达受表观遗传调控（表观遗传，指DNA序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变），即其本身的启动子（启动子是基因的一个组成部分，就像“开关”，控制基因表达的起始时间和表达的程度）可以产生特异的小分子RNA，沉默自己的表达，导致PigmS在水稻叶片、茎秆等表达量很低，使稻瘟病可以侵染其细胞，并不足以形成病斑，更不会扩散蔓延，因此不会对PigmR的抗病功能产生太大的影响。而正因为此，病原菌有了“活路”，也就不再“垂死挣扎”，减缓了基因突变，反而使得Pigm位点具有持久的抗病性。
对水稻的高产稳产具有重要意义
一个基因具有广谱抗病性，另一个基因具有抑制抗病性，而且互相紧密连锁在染色体的一个小区段内。为了解析这两个基因的秘密，科研人员花了多年时间，做了难以数计的遗传分析。为了证明其可以对抗不同地方的稻瘟病菌，还在我国南方和北方多个水稻种植区进行了试验。
研究团队做了大量比较试验。
从2008年起，上海植生生态所就开始与育种家建立了抗病分子育种协作网络，Pigm已被国内30多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种，今年已经有新品种参加品种审定，期望可以实现大面积推广。
德国马普发育生物学所DetlefWeigel教授在网上评论说，这是一个令人兴奋的发现，采用了表观遗传调控抗病基因的表达，实现了水稻广谱抗病与产量平衡的目标，对未来水稻的高产稳产具有重要意义。来自堪萨斯州立大学的植物病理学家BarbaraValent教授说：“稻瘟病是威胁水稻生产的重要病害，每年由稻瘟病造成损失数十亿吨，寻找利用广谱持久抗源对于控制稻瘟病具有重要的应用价值。由中科院上海植生生态所何祖华团队克隆的广谱持久抗病基因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价值，对于减少水稻损失，减少农药使用具有不可磨灭的贡献。”(作者:黄海华) 【来源】上海观察
本文来源: 科学技术委员会
07.02.2017 19:35