日前，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所所長戴小楓領(lǐng)銜的有害生物防控創(chuàng)新團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)了棉花黃萎病病原——大麗輪枝菌引起植物落葉的分子機(jī)制。此項成果已在線發(fā)表在國際著名植物學(xué)期刊《新植物科學(xué)家》上。
據(jù)悉，該項研究將為棉花等經(jīng)濟(jì)作物黃萎?。ㄓ址Q棉花的“癌癥”）病原的分子流行監(jiān)測預(yù)報、抗病品種選育和新型生防藥劑研發(fā)提供理論依據(jù)。
據(jù)戴小楓介紹，早在1817年，德國科學(xué)家就首次發(fā)現(xiàn)了大麗輪枝菌，這是一種通過土壤傳播的病原真菌，它能破壞植物的水分和養(yǎng)分運輸系統(tǒng)，迅速造成植物黃化萎蔫枯死，曾與馬鈴薯晚疫病并列為世界頭號檢疫對象。
1935年，這種真菌從美國傳入中國。該菌系的快速蔓延直接導(dǎo)致了上世紀(jì)90年代至本世紀(jì)初黃萎病在我國的大面積爆發(fā)，給棉花生產(chǎn)造成重創(chuàng)。
目前，這種疫病每年給棉花造成的經(jīng)濟(jì)損失仍高達(dá)100多億美元。更為可怕的是，大麗輪枝菌的寄主具有廣譜性，它能侵染8科600多種植物，包括馬鈴薯、茄子、辣椒、番茄等重要經(jīng)濟(jì)作物，以及牡丹、菊花、金銀花等中藥材，每年造成全球逾千億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失。
多年來，全世界的農(nóng)業(yè)科研工作者一直致力于解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機(jī)制，并開展了一系列研究，以期為落葉型大麗輪枝菌的流行監(jiān)測和預(yù)防控制提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐，但一直未有突破。
戴小楓團(tuán)隊從上世紀(jì)90年代就開始了相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，他們應(yīng)用高通量測序技術(shù)解析了來自中國棉花的大麗輪枝菌基因組，通過與來自美國萵苣和荷蘭番茄上大麗輪枝菌基因組的比較，發(fā)現(xiàn)中國大麗輪枝菌菌株比美國和荷蘭的多出一個基因組片段，而該片段恰恰是從棉花的另一種病菌——枯萎病菌中“掠取”（基因水平轉(zhuǎn)移）過來的。
“也就是說，大麗輪枝菌獲得了枯萎病的部分基因片段，從而對棉花具有了更強(qiáng)的侵染能力。”戴小楓說。
隨著研究進(jìn)一步深入，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，“掠奪”來的基因片段包含7個基因（稱之為VdDf1到VdDf7）。戴小楓形象地把它們稱為一個“小團(tuán)隊”，在這個團(tuán)隊里，每個“隊員”各司其職，它們有的負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，有的負(fù)責(zé)編碼轉(zhuǎn)運蛋白。其中，最關(guān)鍵的兩名“成員”負(fù)責(zé)編碼聚酮合成酶（VdDf5和VdDf6），而這種酶是引起寄主落葉的關(guān)鍵功能基因。
“VdDf5和VdDf6相當(dāng)于這個團(tuán)隊的核心人物，沒有它們這個團(tuán)隊將無法正常行動。”戴小楓指出。
當(dāng)大麗輪枝菌獲得這個基因組片段后，編碼的功能基因直接參與了引起落葉化合物的合成和轉(zhuǎn)運。這種化合物一方面干擾棉花體內(nèi)的磷脂代謝通路，使棉花對一種叫作“脫落酸”的植物內(nèi)生激素更加敏感；另一方面扮演著與脫落酸相似的作用，使棉花的內(nèi)源激素系統(tǒng)紊亂，脫落酸不正常的大量合成，最終導(dǎo)致棉花葉片脫落。
近年來，在國家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的支持下，該團(tuán)隊在黃萎病為害機(jī)理與抗病分子機(jī)理研究等領(lǐng)域，已從跟跑歐美到并跑，進(jìn)而實現(xiàn)目前的領(lǐng)跑。本項研究將為今后開展落葉型病原分子流行監(jiān)測、抗病品種選育和新型生防藥劑研發(fā)等提供堅實的理論基礎(chǔ)。
目前，該團(tuán)隊正在牽頭組織由國內(nèi)外14家優(yōu)勢單位發(fā)起“大麗輪枝菌基因組學(xué)研究國際大科學(xué)計劃”，未來有望從全基因組學(xué)、代謝組學(xué)與合成生物學(xué)角度，較為系統(tǒng)地闡明全球黃萎病病原起源、群體結(jié)構(gòu)及遺傳演化等困擾國際學(xué)術(shù)界長達(dá)百年的重要科學(xué)問題。
