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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

2019-11-07 08:47:27  

照片:新民晚报记者孙钟琴教授介绍抗病育种的新方法。

新民晚报(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减产。自20世纪80年代以来,中国科学家一直通过抗病育种来对抗白叶枯病,并取得了成果。然而,尽管水稻品种不断得到优化,但病原菌并没有受到停止设置的攻击,白叶枯病仍然影响着田间生产。因此,农民也称之为“白色夜哭”(白色树叶的出现表明没有好收成,只有晚上哭)。

随着第39届世界粮食日(10月16日)的临近,记者今天从上海交通大学获悉,由陈红友教授领导的植物与病原菌分子相互作用研究小组利用第三代基因编辑技术,获得了广谱抗病(rls)的新育种途径,并提出了一种经济、绿色的疾病防控方法,为确保食品安全和食品安全提供了新思路。

植物和人类一样,也是活的有机体,会被细菌摧毁。因此,大米也会“生病”。白叶枯病在亚洲、拉丁美洲和西非几十个国家的水稻种植区广泛存在。目前,白叶枯病在我国除新疆和东北北部地区以外的其他省市水稻种植区均有分布。目前,化学农药是抗病的主要手段,但是对于水稻来说,过度使用化学农药会带来食品安全问题,也会产生抗药性,严重影响环境。然而,另一种常规抗病育种方法需要时间和努力,并且需要8-10年来培育稳定的遗传抗病水稻品种。由于病原菌也在进化,游戏很难。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型系统之一,具有重要的科学研究价值。

说明:抗白叶枯病广谱育种新方法示意图

一系列研究发现,为了抵御病原菌的入侵,植物通过角质、蜡等各种生化物质建立了一系列坚固的物理化学“堡垒”。病原菌利用合成的胞外降解酶和毒素,或分泌大量能在植物的“堡垒”中发挥破坏性作用的效应蛋白“间谍”,以“修过去的路,藏在幕后”的战争艺术进行攻击。陈红友教授的团队,在农业部公益项目等项目的支持下,多年来从全国各地水稻产区的病田中采集分离了数百株白叶枯病病原菌菌株,在其中发现了剧毒菌株,并通过基因组学和分子生物学工具“检测”出了一种新型的主要蛋白质“间谍”,命名为tale。

那么,有没有办法让植物对细菌“不感冒”?为了预防水稻病害,解决作物抗病性丧失的问题,陈红友教授的团队提出了另一个想法——寻找水稻内部的目标“接头”,破译两者之间的“反应代码”,使“间谍”蛋白没有目标,无法发挥其作用。不仅如此,该团队还利用第三代基因编辑技术干扰了“联合编码”的识别,阻断了多种细菌故事蛋白“间谍”的破坏活动,最终获得了一种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论道:“该研究从理论上说明,作物的广谱抗病性可以通过编辑多个易感基因而不是利用抗病基因来实现,这为水稻白叶枯病的防治提供了新的材料和方案,为作物的抗病育种和抗病损失控制提供了成功的案例,具有重要的理论和现实意义。"

说明:抗病水稻品种抗病效果图

据报道,陈红友教授的团队目前正在将这项技术应用于杂交水稻优良亲本的改良。预计在1-2年内可以培育出稳定的遗传品种,这将大大缩短杂交水稻的育种年限。很快,随着这些高产抗病品种在生产中的推广应用,农药的用量将大幅减少,农民生产水稻的经济和劳动成本将大幅降低,普通百姓也将在餐桌上吃到更多优质安全的水稻。

今年早些时候,科学杂志(science magazine)发表了一项由一个国际团队进行的研究,表明水稻、小麦和玉米等主要谷物以及其他与粮食安全相关的作物中基因编辑等新的植物育种技术的应用正在迅速增加,可以为全球粮食安全做出重大贡献。据悉,目前,美国、澳大利亚和许多欧洲国家已经开始将这项技术用于生产实践。中国科学家团队在这一领域也取得了许多突破。这种在不插入外源dna(脱氧核糖核酸)的情况下改变作物基因组的方法正在接受安全验证,科学家对结果持乐观态度。当这些新技术的监管框架和支持机制逐步完善时,这些新技术有望离开实验室,并在应用中释放出巨大的活力。

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