讓病菌“無的放矢” 從此不再“白夜哭” 上海交大團隊獲廣譜抗病水稻育種新途徑

發布時間:2019-10-15

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圖說:陳功友教授介紹抗病育種新途徑 新民晚報記者 孫中欽 攝

白葉枯病是危害水稻生產的頭號細菌“殺手”,通常導致水稻減產甚至絕收。我國科學家從上世紀80年代就開始通過抗病育種的方式來抵御白葉枯病,取得成效。但水稻品種不斷優化的同時,病原細菌也沒有停止進化攻擊,白葉枯病依然在田頭地間影響生產,所以也被農民們稱作“白夜哭”(白葉出現說明沒有好收成,晚上只能哭了)。

第39個世界糧食日(10月16日)即將到來之際,記者今天從上海交通大學獲悉,陳功友教授領銜的植物與病原菌分子互作研究團隊通過多年研究,利用第三代基因編輯技術,使植物獲得廣譜抗病(RLS)的育種新途徑,提出一種經濟綠色的病害防控方式,為保障糧食安全與食品安全提供了新的思路。

植物和人一樣也是生命體,會被病菌破壞免疫系統,所以水稻也會“生病”。白葉枯病在亞洲、拉丁美洲和西非數十個國家的水稻種植區廣泛發生,國內目前除了新疆和東北的北部地區以外,白葉枯病在我國其他省市的水稻種植區均有分布。目前,化學農藥是主要抗病手段,但對水稻來說,化學農藥的過度使用會帶來食品安全問題,也會產生抗藥性,嚴重影響環境。而另一種常規抗病育種方式,耗時耗力,培育一個穩定遺傳的抗病水稻品種需要8-10年的時間,由于病原菌也在不斷進化,博弈艱難。同時,水稻白葉枯病也是植物病理學和植物免疫學領域最重要的模式系統之一,在科學上具有重要研究價值。

一系列研究發現,為了抵御病原菌的入侵,植物通過角質、蠟質等多種生化物質構筑起一系列堅固的物理和化學“堡壘”。病原菌則運用合成胞外降解酶、毒素,或分泌能在植物體“堡壘”內部發揮破壞作用的大量效應蛋白“間諜”,以“明修棧道,暗渡陳倉”的兵法來實現攻擊。陳功友教授團隊在農業部公益性行業專項等項目支持下,多年來從全國各水稻產區的發病田塊收集分離到數百個白葉枯病原菌株,找到了其中的強毒性菌株,并且通過基因組學和分子生物學工具,“識破”了一類名叫TALE的新型主效蛋白“間諜”。

那么,有沒有什么方法能讓植物本身對病菌“不感冒”?為阻止水稻患病,解決作物抗病性喪失問題,陳功友教授團隊提出了另一種思路——找到水稻內部的靶點“接頭人”,并破譯二者之間的“響應暗號” ,讓“間諜”蛋白“無的放矢”,無法發揮作用。不僅如此,團隊還采用第三代基因編輯技術,干擾“接頭暗號”的識別,同時阻斷多個細菌TALE蛋白“間諜”的破壞活動,最終獲得了廣譜抗白葉枯病的水稻新種質。南京農業大學竇道龍教授對此評價道:“該研究在理論上闡明了不通過利用抗病基因而通過編輯多個感病基因從而實現作物的廣譜抗病性,為水稻白葉枯病的防治提供了新的材料和方案,為作物抗病育種和抗性喪失治理提供了成功案例,具有重要理論和實踐意義。”

據悉,陳功友教授團隊目前正在將該技術應用于優良雜交水稻親本的改良中,預計1-2年內可育成穩定遺傳的品種,這將大大縮短雜交水稻育種年限。不久,隨著這些高產又抗病的品種在生產上的推廣應用,農藥的用量將急劇減少,農民生產水稻的經濟和人力成本將大大降低,而老百姓將也在餐桌上吃到更加優質安全的大米。

今年早些時候,《科學》(Science)雜志刊載過一個國際團隊的研究,提出基因編輯等新植物育種技術在水稻、小麥和玉米等主要谷物及其他涉及糧食安全的作物中的應用迅速增加,能為全球糧食安全做出重大貢獻。據悉,目前,美國、澳大利亞和歐洲多地已開始利用該技術進行生產實踐。中國科學家團隊在這一領域也有諸多突破,這種不插入外來DNA(脫氧核糖核酸)修改作物基因組的方式正進行安全性驗證,而科學家們對結果持樂觀態度。這些新技術被寄予很大的期望:待針對這些新技術的監管框架和支持機制逐步建成,它們可望走出實驗室,在應用中釋放巨大的活力。

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