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上海学者开辟水稻广谱抗病育种新途径

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  上海学者开辟水稻广谱抗病育种新途径 将大大缩短杂交水稻育种年限

  中新网上海10月15日电 (记者 许婧)2019年10月16日是第39个世界粮食日,主题是“行动造就未来健康饮食实现零饥饿”。上海交通大学15日发布消息称,该校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,揭示了病原菌效应蛋白这个“间谍”与植物感病基因“接头人”之间的协同进化关系,提出利用基因编辑技术阻断两者之间的协同进化进程,从而使植物获得广谱抗病(RLS)的育种新途径,为解决作物抗病性丧失问题,保障粮食安全与食品安全提供了新的思路。

抗病水稻品种的抗病效果。供图
抗病水稻品种的抗病效果。供图

  该研究成果已在线发表在Cell出版社旗下植物科学领域权威期刊Molecular Plant。

  水稻是世界上最重要的粮食作物之一。水稻白叶枯病是三大水稻病害之一,是危害水稻生产的头号细菌“杀手”。水稻白叶枯病通常导致水稻减产10-20%,发生严重的地区可达50%以上,甚至是绝收。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。

广谱持久抗病水稻新品系与对照水稻。供图
广谱持久抗病水稻新品系与对照水稻。供图

  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,在不同的水稻品种上测定了这些菌株的毒性,并进行分子标记分析,发现这些中国菌株具有丰富的遗传多样性和毒性差异。通过基因组学和分子生物学工具,从其中几个强毒性菌株中分离到数十个TALE蛋白编码基因并分别测定毒性,最终“识破”了一类被称为PthXo2-like的新型主效TALE蛋白“间谍”,并且在不同的菌株中发现了这类蛋白的五种类型。

  通过增强水稻自身防御体系进行抗病育种,是人类参与这场战争最经济有效的方式。近些年育种专家们对白叶枯病抗性重视程度减弱,导致育种家们对白叶枯病抗性的重视程度减弱,导致选育的品种抗性下降。常规育种技术耗时耗力,培育一个稳定遗传的抗病品种一般需要8-10年时间,而且难以将发现感病基因利用起来。

  陈功友团队根据水稻感病基因“接头人”OsSWEET与病原细菌TALE蛋白“间谍”之间的关系,采用新兴的基因编辑技术这一研究利器,干扰“间谍”与“接头人”之间“接头暗号”的识别,从而同时阻断多个细菌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,提出了阻断植物感病性而获得广谱抗病性的育种新途径。

陈功友教授(右)在田间查看白叶枯病病情。供图
陈功友教授(右)在田间查看白叶枯病病情。供图

  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。”

  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,民众也将在餐桌上吃到更优质安全的大米。(完)

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