1月6日，《中國科學報》記者從中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工所獲悉，由該所研究員戴小楓領銜的加工有害生物創(chuàng)新團隊日前在大麗輪枝菌寄主適應性進化研究方面取得重要進展，首次闡明了大麗輪枝菌引起棉花等寄主落葉的分子機制。相關研究成果已于1月4日在線發(fā)表于國際知名植物學期刊《新植物科學家》（New Phytologist）上。
大麗輪枝菌是引起棉花“癌癥”——黃萎病的病原。戴小楓說，該項研究將為棉花等經(jīng)濟作物黃萎病病原的分子流行監(jiān)測預報、抗病品種選育和新型生防藥劑研發(fā)提供理論依據(jù)。
作為一種毀滅性的、可通過土壤傳播的病原真菌，大麗輪枝菌能破壞植物的水分和養(yǎng)分運輸系統(tǒng)，迅速造成植物黃化萎焉枯死，曾與馬鈴薯晚疫病并列為世界頭號檢疫對象。上世紀60年代，在美國發(fā)現(xiàn)它能使棉花落葉而造成絕產(chǎn)。上世紀80年代，我國在棉花上也發(fā)現(xiàn)了引起棉花落葉的大麗輪枝菌菌系，該菌系的快速蔓延直接導致了上世紀90年代至本世紀初黃萎病在我國的大面積爆發(fā)，給棉花生產(chǎn)造成重創(chuàng)。
半個多世紀以來，研究人員一直致力于解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機制，圍繞落葉性狀表型鑒定、致病力分化特征、分子進化與基因檢測方法等開展了一系列研究，以期為落葉型大麗輪枝菌的流行監(jiān)測和預防控制提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐，但一直未有突破。
戴小楓團隊應用高通量測序技術(shù)解析了來自中國棉花的大麗輪枝菌基因組，通過與來自美國萵苣和荷蘭番茄上大麗輪枝菌基因組比較，發(fā)現(xiàn)中國菌株相對于美國和荷蘭的多出一個基因組片段，該片段系從與其長期混生的棉花枯萎病菌中“掠取”（基因水平轉(zhuǎn)移）而來，從而獲得了對棉花的超強侵染能力。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該菌獲得這個基因組片段后，編碼的功能基因直接參與了引起落葉化合物（N-酰基乙醇胺）的合成和轉(zhuǎn)運。這種化合物一方面干擾棉花體內(nèi)的磷脂代謝通路，使棉花對一種叫作“脫落酸”的植物內(nèi)生激素更加敏感；另一方面扮演著與脫落酸相似的作用，使棉花的內(nèi)源激素系統(tǒng)紊亂，脫落酸不正常的大量合成，最終導致棉花葉片脫落。
據(jù)介紹，該研究是該團隊繼2017年在《新植物科學家》報道廣譜寄生大麗輪枝菌通過水平轉(zhuǎn)移獲得專化性侵染能力的關鍵遺傳變異（VdDfs）后發(fā)表的又一項重要研究結(jié)果，闡明了該遺傳變異調(diào)控落葉性狀的分子機制；同時，該研究團隊依據(jù)鑒定的遺傳變異開發(fā)了大麗輪枝菌分子流行學檢測技術(shù)，相關技術(shù)已獲9件國家發(fā)明專利。
據(jù)論文第一作者張丹丹博士透露，經(jīng)過多年努力，團隊幾年前已在棉花抗黃萎病分子標記輔助育種領域取得重要突破，選育出世界第一個抗病品種并大面積推廣。近年來，在國家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的支持下，團隊在黃萎病為害機理與抗病分子機理研究等領域，已經(jīng)從5年前的跟跑歐美到并跑，進而實現(xiàn)目前的領跑。
此外，記者還了解到，戴小楓團隊目前正在牽頭組織由國內(nèi)外14家優(yōu)勢單位發(fā)起“大麗輪枝菌基因組學研究國際大科學計劃”，未來有望從全基因組學、代謝組學與合成生物學角度，較為系統(tǒng)地闡明全球黃萎病病原起源、群體結(jié)構(gòu)及遺傳演化等困擾國際學術(shù)界長達百年的重要科學問題。
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