近日,国际顶级期刊Cell(《细胞》)在线刊发西北农林科技大学植物免疫团队历经18年的研究成果:通过“剪除”小麦中协助条锈菌感染的“真凶”——感病基因,可使小麦不易遭受条锈菌的侵染。
小麦条锈病是小麦头号重大生物灾害,在全世界小麦种植区均有发生。一般年份会导致10%~30%的产量损失,严重时甚至绝产,所以条锈病被农业农村部列为一类农作物病害。
小麦条锈病因条锈菌而发病传播,条锈菌作为活体营养寄生的真菌必须依赖活体小麦才能生存。一直以来,应用抗病品种是防控条锈病最为安全经济有效的措施。20世纪50年代以来,我国小麦主栽品种主要利用Yr1、Yr9、Yr26等抗病基因,打败了一轮又一轮的病菌围攻,为保障我国小麦安全生产作出了巨大贡献。
西北农林科技大学植物免疫团队聚焦小麦条锈菌活体营养寄生特性,挖掘出全世界首个被病菌毒性蛋白利用的小麦感病基因,揭示条锈菌操纵小麦感病基因帮助病菌侵染致病的分子机制,并利用基因编辑技术精准敲除感病基因,破坏毒性蛋白和感病基因的识别和互作,实现小麦对条锈病的广谱抗性。在大田试验中,小麦编辑品系在保持作物主要性状品质的前提下,展现出高抗条锈病的特点,具有很好的应用潜力。
小麦感病基因的发现及机理研究兼具理论性突破和生产应用价值,是实现种源自主可控,提升种业原始自主创新能力的跨越性突破。其重大意义在于一是在植物与病原菌互作领域实现重大突破,标志着我国在该领域迈出了一大步,处于世界领先水平;二是打破目前小麦主要利用抗病基因育种的传统思路,丰富抗病育种可利用的基因类型,开辟小麦生物育种新途径,为我国现代生物育种和病害绿色防控提供科技支撑。
西北农林科技大学博士后王宁、副研究员汤春蕾和博士生樊昕为论文共同第一作者,中国工程院院士康振生、西北农林科技大学教授王晓杰为通讯作者,西北农林科技大学为第一作者单位,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员周俭民参与研究工作。该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、国家外专局111项目、国家小麦产业技术体系和陕西省科技创新团队等项目支持。
王晓杰介绍:“值得一提的是,《细胞》杂志的审稿人在看到终稿时评价道,文章在一稿的基础上,历经近两年的修改,是一项令人难以置信的研究工作。”(吉燕 唐艳丽 杨远远)