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中科院微生物所有望攻克植物黃萎病
點擊次數：146 發布時間：2016-10-13
郭惠珊8年前的那個心愿終于實現了。9月26日，《自然—植物》雜志發表了郭惠珊團隊的新成果，該研究揭示了他們利用基因“小剪刀”——RNAi創建的抗黃萎病棉花新品系，來有效阻棉花“癌癥”黃萎病的秘密。
2008年8月，中科院微生物所研究員郭惠珊*次在新疆看到綿延不斷的棉田。然而，她看到的不是令人欣喜的豐收景象，而是一片枯黃，遍地落葉，還有棉農絕望的面孔。這一幕像釘子一樣扎在她心里，讓她*地想了解黃萎病究竟是怎么一回事。
zui近，郭惠珊團隊先后發表了3篇文章，他們在揭示了黃萎病真菌如何“敲開”進入棉花體內的“大門”；運用新型基因沉默技術——RNAi基因“小剪刀”阻止進入棉花體內的病菌肆意擴散，并在陸地棉中培育出對黃萎病抗性較高的棉花新品系。
“這些研究理清了黃萎病致病機理，并創建新的抗病技術，對于減輕病害，提高棉花產量、改善棉纖維品質，對實現脫貧致富和社會穩定發展提供了科技支撐，是實現從理論研究走向應用，突破行業技術瓶頸的典型范例。”微生物所副所長東秀珠評價說。
揭示真菌如何進入棉花體內
“棉花黃萎病會造成棉花植株葉片、蕾鈴干枯脫落，產量嚴重損失。”9月26日，郭惠珊在接受《中國科學報》記者采訪時說。
我國棉花年產量600萬~800萬噸，約占世界總產量30%，居*，受黃萎病危害zui為嚴重。作為中國zui大的棉生產基地，2015年新疆棉花種植面積達3400余萬畝，但黃萎病發病面積超過50%。
然而，由于引起該病害的病原在土壤40厘米的土層生活，且變異頻繁，傳統殺菌劑和化學藥劑防治難以奏效。而且其寄主多達120余種植物，傳統輪作抗病模式短期效果也不理想。
抗病先要找到致病機理，課題組通過反復試驗zui終揭開了黃萎病菌的“遮羞布”，在揭示了黃萎病的“罪魁禍首”——大麗輪枝菌的侵染結構。
“大麗輪枝菌是一種半活體寄生的真菌，平時以微菌核的形式在土壤里潛伏。一旦接觸到植物組織，它們就會像變形金剛一樣，產生‘釘子’狀的侵染結構，擊穿植物的細胞壁，鉆入根維管組織內部，然后逐步占領整個維管組織，導致植物萎蔫生病。”郭惠珊解釋說。
“然后，它又開始利用死亡的植株腐生，在植物養分被耗盡后，回到地下，等待機會開始新一輪危害。”郭惠珊說。
“小剪刀”讓致病基因沉默
防治棉花黃萎病zui有效的方法是利用抗病品種。然而，我國大部分棉區90%以上的栽培品種屬于陸地棉，由于缺乏抗病種質資源，抗黃萎病種質創新舉步維艱。
郭惠珊團隊另辟蹊徑，采用RNAi對這個狡猾的植物“殺手”展開了攻擊，設法研制新的陸地棉抗病品系。
RNAi是雙鏈RNA產生的一小段RNA，可以對同源靶標RNA進行切割或抑制轉譯，郭惠珊將其比作基因的“小剪刀”。東秀珠介紹說：“這種新型基因沉默技術就像打靶，打到哪里，就不再讓目標靶基因發作。”
就是用這把“小剪刀”，研究人員利用RNAi技術，在早熟陸地棉中培育出了抗黃萎病的新品系，經鑒定，其抗黃萎病性相對對照品種提高了22.25%。相關成果今年6月發表于《分子植物》。
“通過RNA干擾技術，棉花可以讓大麗輪枝菌進入其體內，但不會讓它通過棉花的維管束系統正常擴展，不會讓它走到棉花的每個細胞。”郭惠珊課題組博士后高峰補充說。
在中科院先導專項B類評審會上，陳宜瑜院士、匡廷云院士等認為，這項研究意義重大，有很大的應有價值。
新品系自帶“跨界”抗病療效
那么，新棉花抗病品系是如何抵抗黃萎病的呢？課題組進一步研究發現，抗病性較好的植物會誘導積累一類植物內源小核糖核酸（miRNAs），它們能夠跨越植物和病菌之間的界限，轉運到病菌細胞中，降解病菌的致病基因，從而達到抗病的效果。這項發表于《自然—植物》的研究證明了，植物—真菌跨界小RNA誘導病原靶基因沉默的抗病新途徑的存在。它為HIGS技術在棉花抗黃萎病的有效應用提供了重要的理論支持，也為將來宿主—病原菌互作研究開辟了一個新領域。
“郭老師針對植物病理學進行的研究屬于一個重大的基礎戰略問題。”微生物所植物基因學國家重點實驗室副主任錢韋說，中國用世界上7%的土地養活了世界上30%的人口，其代價是我國農藥施用量也占的30%。他認為，用農藥殺滅病菌、昆蟲已經走到了窮途末路。
“植物病理學家都有一個夢想，發展綠色農業。”錢韋認為，郭惠珊課題組此項研究的意義在于，發現了“寄主把自己的小RNA打入真菌體內，來控制真菌的生理活動”的方法。相當于利用了植物已有的免疫系統，加入了RNAi“小剪刀”，提高了棉花的抗病能力。
“這是重大基礎研究真正帶動了重大技術障礙的突破的范例。”錢韋說，“中國正在討論基礎研究要不要投那么多？是不是白花錢？事實上并非如此，好的基礎研究就是的技術。”
不過，在郭惠珊看來，這只是*長征的*步。“這只是利用一個‘小剪刀’將棉花的抗黃萎病水平提高了22.5%，是‘0到1’的工作。”她表示，未來還有從1~100的工作需要完成，她將與黃萎病“死磕到底”。接下來，團隊將建立各種各樣的RNAi“小剪刀”靶標庫，篩選出更多更的抗黃萎病棉花新品系，讓更多新疆的棉農能夠早擺脫黃萎病帶來的痛苦。