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何祖華團隊揭示廣譜和持久抗稻瘟病機制

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2月6日,記者從中科院上海植物生理生態研究所獲悉,該所何祖華團隊在廣譜和持久抗稻瘟病機制研究領域獲重大突破,相關研究成果2月2日在線發表于國際頂級雜志《科學》
稻瘟病由真菌引起,廣泛侵染水稻、小麥等禾本科作物,于2012年被列為十大真菌病害之首,我國乃至全球所有水稻產區都受這個病害危害,有的田塊顆粒無收,因此我國水稻新品種審定從2008年開始實行稻瘟病抗性的“一票否決”制。控制這個病害最經濟有效的方法是發掘新的抗病資源并選育廣譜抗病新品種。截至目前,已有25個抗稻瘟病基因被克隆和功能鑒定,但絕大部分抗譜窄,在實際的水稻抗病育種實踐上的應用價值不大。另一方面,如果把這些抗病基因整合到一個品種提高抗病性往往會影響產量和品質-即抗病性代價問題。
為解決這個長期困擾植物病理和育種界的瓶頸問題,何祖華團隊與育種家合作,從2002開始,廣泛篩選抗瘟種質,從起源于我國農家品種的育種材料中鑒定了一個廣譜抗瘟性新位點Pigm。隨后研究人員又用了10年時間,系統解析了這個新位點的功能機制。研究發現,這個新位點Pigm中有2個發揮功能的蛋白PigmR和PigmS。PigmR可以對所有檢測的稻瘟病菌小種都具有廣譜抗病性,但同時會使水稻種子變小,產量降低。而PigmS不產生抗病性,反而會抑制PigmR的抗病功能,但可以提高水稻結實率(產量)。
何祖華研究員表示,有意思的是通過長期進化和人工選擇,這個PigmS基因表達本身受表觀遺傳調控:其本身的啟動子可以產生特異的小分子RNA,沉默自己的表達,導致PigmS在葉片、莖稈等病原菌侵染的組織部位表達量很低,因此不會對PigmR的抗病功能產生太大的影響。正是由于PigmS低水平的表達,不僅為病原菌提供了一個“避難所”,還使病原菌的進化選擇壓力變小,減緩了病原菌對PigmR的致病性進化,因此使新位點Pigm具有持久的抗病性。由于PigmR和PigmS緊密連鎖在染色體的一個小區段內,不能分開,因此選育的品種既有廣譜抗病性又不影響最終的產量。 
據悉,這個新基因位點Pigm自發掘以來,已經被國內30多家種子公司和育種單位應用于水稻抗病分子育種,已經有新品種參加區試和品種審定。 
相關國內外權威專家表示,這項研究成果不僅在理論上擴展了植物免疫與抗病性機制的認識,也為作物抗病育種提供了有效的新工具。
據悉,該項研究得到了中科院先導項目、國家轉基因新品種培育重大專項、國家自然科學基金委等資助。
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責任編輯: 閆月

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