作者:王丹红 来源:科学时报 发布时间:2009-9-2 8:54:52
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水稻中鉴别出新基因 有望持久抗击稻瘟病

 
一种新鉴别出的基因将保护水稻免遭稻瘟病的侵袭。(图片来源《科学》)
 
稻瘟病是世界性的重要水稻病害之一,该病由真菌感染所致,危害地域广泛,在大风吹动下可在同一时间席卷整个田野,摧毁水稻,甚至可能导致颗粒无收。如今,据最新出版的美国《科学》杂志报道,日本科学家在水稻中鉴别出一种基因,有望持久抗击稻瘟病。
 
植物病理学家、国际水稻研究所所长罗伯特·齐格勒(Robert Zeigler)称稻瘟病是“一个灾难性问题”;国际水稻研究所估计,这种稻病会导致85%的减产量。在我国,它同纹枯病、白叶病并列为水稻三大病害。
 
稻瘟病又称稻热病,在水稻的整个生育阶段皆可发生,由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)感染所致,以分生孢子作为初侵染与再侵染的接种体,借气流传播,从寄主表皮直接侵入致病。病害发生流行同气候、品种、肥水管理、病原菌生理小种变异等关系密切;按为害时期和部分的不同,可分为苗瘟、叶瘟、节瘟、叶枕瘟、稻颈瘟和谷粒瘟等。发达国家广泛使用杀真菌剂来治理这种病害,但在发展中国家,出于经济原因或配送等方面的考虑,绝大多数农民没有采用杀真菌剂。
 
育种研究人员已经发现了可抗击稻瘟病的多种基因,但是,经过转基因工程携带有这些基因的水稻所产出的麦粒质量不高,而且,真菌会在一两年里很快形成抗药性,农民们不愿意种植这种抗病菌水稻。
 
如今,科学家们终于发现了一种新武器。Shuichi Fukuoka是日本国立农业生物学科学研究所的一名植物分子生物学家,他领导的研究小组发现了一种全新的基因,在不损害谷物品质的情况下有望持久对抗稻瘟病菌。澳大利亚科工组织植物产业部(CSIRO Plant Industry)的植物分子生物学家杰弗里·埃利斯说:“用遗传方法更有效、更持久地控制稻瘟病,这是非常重要的。”
 
Fukuoka的研究小组将目标对准具有抗稻瘟病的水稻品种上,这种水稻在日本已经被栽培了一个多世纪,但一直不受欢迎。他们将这种水稻的抗病性追踪到了数量性状位点(QTL)上,QTL是一段含一个或多个基因的DNA片段,表明一个性状是由一个或多个基因决定的。然而,不幸的是,他们在抗病水稻中鉴别出的QTL Pi21与水稻谷粒口感不好有关。
 
Fukuoka和同事决定继续在QTL Pi21中鉴别出抗病菌基因,并试图从这一DNA片段中分离出影响口味的基因片段。利用可以在更小的DNA片段上运作的图位克隆法,他们发现了一种新的抗病菌基因,并将之取名为Pi21。通过与其他水稻品种进行对比,他们发现,如果去除Pi21对位基因或变异基因中的两个部分,那么这个DNA片段就会失去一些功效。有趣的是,失去这些基因的QTL Pi21让植物本身具备了抗真菌能力。在易受稻瘟病侵害的水稻品种中,Pi21基因的加入让它们中的绝大多数具有了抗病能力。
 
以前曾经发现过抗病基因,这些基因通过与单个病菌的单个基因作用而发挥作用,但这种基因—基因间的相互作用会让病菌很快演化出抗性;Pi21基因的抗病原理与此不同,Fukuoka说:“Pi21基因有不同的结构和不同的机理,所以,我们认为它应该会有更持久的抗病能力。”
 
为了弄清这种基因对谷物品质的影响,Fukuoka小组在大面积的土地上以间种的方式种植了携带QTL Pi21的水稻和高质量的商业化水稻。在一种有异常口味的水稻中,他们在Pi21附近发现了一种基因,这种基因在口味很好的水稻中没有被发现。于是,他们在Pi21中剔除了这种表达不好口味的基因,并将之植入商业化的水稻中。结果发现,这样种植的水稻能够抗击稻瘟病,谷粒的口味也没有受到影响。
 
当然,还需要作进一步的研究以确定这种基因的有效性。Fukuoka等强调,与以前发现的抗病性基因相比,这种新基因仍有不完善的地方,比如,新基因的抗病性不是通过预防传染而是通过限制疾病传播表现出来的。Fukuoka的团队准备将相关的抗病基因整合在一起。埃利斯说,基因“堆垛”在水稻育种中越来越多。
 
《科学》的文章指出,当携带Pi21基因的水稻品种一年后在日本进行商业化栽培后,这种基因的长期作用就会更加明晰。Fukuoka表示,国际水稻研究所计划在不久的将来在热带地区的水稻品种中测试这种基因,这将有助于抗病性育种的研究。
 
《科学时报》 (2009-9-2 A3 国际)
 
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