受到根肿菌侵染的油菜根部。四川农业大学杨辉副教授供图。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所周俭民研究员团队和陈宇航研究员团队合作，成功克隆了广谱抗根肿病基因，并将该基因命名为“卫青”。

根肿病是一种由根肿菌引起的土传性植物根部病害，最典型的病症是植物根部形成纺锤状的肿块。根部肿块会限制水分和营养物质的运输，从而使染病植物的地上部分因缺水萎蔫，直至死亡，最终导致十字花科蔬菜及油料作物显著减产甚至绝收。同时，根肿菌在土壤中可存活20年，耕地一旦被其污染，将不再适合种植十字花科作物，因而根肿病也被称为十字花科作物“绝症”。

周俭民从油料作物抗根肿病育种专家张椿雨处获悉，每年我国油菜的根肿病发病面积约2000万亩。一旦发病，一亩油菜的损失可以达到50%左右，甚至更高，这相当于每亩直接经济损失超400元。除了油菜之外，白菜、萝卜、甘蓝、花椰菜等常见十字花科作物也会受到它的威胁。

“想要防治根肿病，方法主要有两种。”周俭民表示，传统田间采用的管理办法是利用石灰进行化学防治，但这种办法只能解决一时的问题而无法根治根肿病，还会引发土壤板结等问题。另一种方法就是种植携带抗根肿病基因的品种，这也是防治病害最为绿色、经济、高效的方式。此前已有科学家从欧洲芜菁中挖掘出抗根肿病基因，并将其导入油菜、白菜等农作物，实现根肿病防治。但由于根肿菌的快速变异，就需要不断创制推广具有广谱持续抗性的新品种。

为了找到广谱抗根肿病基因，研究所联合团队综合利用遗传学、生物化学、结构生物学及生理学等，通过大规模筛选和遗传分析等方法鉴定到了“卫青”这个基因。团队发现，将该基因导入油菜后，油菜表现出了对多个根肿菌的良好抗性，且不影响油菜的生长发育。

“根肿菌定殖在植物的维管束中，刺激寄生细胞不断膨大以帮助其疯狂繁殖。对于富含营养和水分的植物维管束组织来说，根肿菌就像‘匈奴’入侵农业高度发展的河套平原一样入侵着植物维管束。我国西汉时期的名将卫青曾以阴山作为防守线，抗击匈奴入侵河套平原，而我们发现的抗根肿病基因则是通过在维管束外围建立起免疫屏障来抵御根肿菌的入侵。因此，我们就将该基因命名为‘卫青’。”周俭民解释道。

“卫青”所编码的蛋白含有4个跨膜螺旋，具有全新的蛋白质折叠类型。“卫青”编码的蛋白定位于内质网，介导钙离子释放。通过将内质网中的钙离子释放到细胞质，在植物细胞中拉响病菌入侵的“警报”，开启防卫反应。

这项研究首次在植物中发现了新型钙离子释放通道，这种植物免疫激活机制不同于经典NLR蛋白抗病小体介导的免疫应答过程，表明植物能够利用新型离子通道来介导钙信号和免疫反应，揭示了一种植物免疫新范式。

陈宇航表示，此次研究取得了多项创新突破，成功克隆的广谱抗根肿病基因“卫青”不仅在农业生产上有较大的应用前景，还在根部特异细胞层的诱导和作用方式方面，对其他土传病害抗性机制的研究具有重要借鉴意义。期望今后能够利用不同的生物技术手段，把“卫青”更精准地导入油菜等十字花科作物中，创制含有“卫青”的十字花科作物品种并将其推广，为我国抗病基因育种提供更多资源。（沈唯）