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让病菌“无的放矢” 从此不再“白夜哭” 上海交大团队获广谱抗病水稻育种新途径(转载)

主要完成人:国重小秘 发表日期:2019-10-16 点击数:439

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图说:陈功友教授介绍抗病育种新途径 新民晚报记者 孙中钦 摄

新民晚报讯(记者 易蓉)白叶枯病是危害水稻生产的头号细菌“杀手”,通常导致水稻减产甚至绝收。我国科学家从上世纪80年代就开始通过抗病育种的方式来抵御白叶枯病,取得成效。但水稻品种不断优化的同时,病原细菌也没有停止进化攻击,白叶枯病依然在田头地间影响生产,所以也被农民们称作“白夜哭”(白叶出现说明没有好收成,晚上只能哭了)。

       第39个世界粮食日(10月16日)即将到来之际,记者今天从上海交通大学获悉,陈功友教授领衔的植物与病原菌分子互作研究团队通过多年研究,利用第三代基因编辑技术,使植物获得广谱抗病(RLS)的育种新途径,提出一种经济绿色的病害防控方式,为保障粮食安全与食品安全提供了新的思路。

      植物和人一样也是生命体,会被病菌破坏免疫系统,所以水稻也会“生病”。白叶枯病在亚洲、拉丁美洲和西非数十个国家的水稻种植区广泛发生,国内目前除了新疆和东北的北部地区以外,白叶枯病在我国其他省市的水稻种植区均有分布。目前,化学农药是主要抗病手段,但对水稻来说,化学农药的过度使用会带来食品安全问题,也会产生抗药性,严重影响环境。而另一种常规抗病育种方式,耗时耗力,培育一个稳定遗传的抗病水稻品种需要8-10年的时间,由于病原菌也在不断进化,博弈艰难。同时,水稻白叶枯病也是植物病理学和植物免疫学领域最重要的模式系统之一,在科学上具有重要研究价值。

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图说:广谱抗白叶枯病育种新途径原理示意图 采访对象供图(下同)

       一系列研究发现,为了抵御病原菌的入侵,植物通过角质、蜡质等多种生化物质构筑起一系列坚固的物理和化学“堡垒”。病原菌则运用合成胞外降解酶、毒素,或分泌能在植物体“堡垒”内部发挥破坏作用的大量效应蛋白“间谍”,以“明修栈道,暗渡陈仓”的兵法来实现攻击。陈功友教授团队在农业部公益性行业专项等项目支持下,多年来从全国各水稻产区的发病田块收集分离到数百个白叶枯病原菌株,找到了其中的强毒性菌株,并且通过基因组学和分子生物学工具,“识破”了一类名叫TALE的新型主效蛋白“间谍”。

       那么,有没有什么方法能让植物本身对病菌“不感冒”?为阻止水稻患病,解决作物抗病性丧失问题,陈功友教授团队提出了另一种思路——找到水稻内部的靶点“接头人”,并破译二者之间的“响应暗号” ,让“间谍”蛋白“无的放矢”,无法发挥作用。不仅如此,团队还采用第三代基因编辑技术,干扰“接头暗号”的识别,同时阻断多个细菌TALE蛋白“间谍”的破坏活动,最终获得了广谱抗白叶枯病的水稻新种质。南京农业大学窦道龙教授对此评价道:“该研究在理论上阐明了不通过利用抗病基因而通过编辑多个感病基因从而实现作物的广谱抗病性,为水稻白叶枯病的防治提供了新的材料和方案,为作物抗病育种和抗性丧失治理提供了成功案例,具有重要理论和实践意义。”

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图说:抗病水稻品种的抗病效果图

       据悉,陈功友教授团队目前正在将该技术应用于优良杂交水稻亲本的改良中,预计1-2年内可育成稳定遗传的品种,这将大大缩短杂交水稻育种年限。不久,随着这些高产又抗病的品种在生产上的推广应用,农药的用量将急剧减少,农民生产水稻的经济和人力成本将大大降低,而老百姓将也在餐桌上吃到更加优质安全的大米。

      今年早些时候,《科学》(Science)杂志刊载过一个国际团队的研究,提出基因编辑等新植物育种技术在水稻、小麦和玉米等主要谷物及其他涉及粮食安全的作物中的应用迅速增加,能为全球粮食安全做出重大贡献。据悉,目前,美国、澳大利亚和欧洲多地已开始利用该技术进行生产实践。中国科学家团队在这一领域也有诸多突破,这种不插入外来DNA(脱氧核糖核酸)修改作物基因组的方式正进行安全性验证,而科学家们对结果持乐观态度。这些新技术被寄予很大的期望:待针对这些新技术的监管框架和支持机制逐步建成,它们可望走出实验室,在应用中释放巨大的活力。


      原文转自:https://wap.xinmin.cn/content/31597511.html?from=timeline&isappinstalled=0