作者:王晨绯 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/9 17:45:44
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上工治未病:瞄准作物抗病源头创新

2016年方荣祥院士获中国植物病理学会终身成就奖

植物基因组学国家重点实验室(以下简称重点实验室)由中科院微生物所与遗传发育所共同建设,其前身是1990年成立的中国科学院植物生物技术开放实验室。该实验室在国家多次综合评估中均保持领先,连续两次被评为优秀国家重点实验室,成为国内外有影响研究机构。其中在中科院微生物所的部分被称为农业微生物与生物技术研究室(以下简称农业室)。农业室从建室之初,就瞄准重大农业植物病害,从农作物的改造入手,探索出一条特殊的农业现代化发展的科学道路。

定位:前沿和需求两手抓

农业室1957年由植物病毒学家周家炽开创,田波院士、莽克强研究员传承衣钵,又在方荣祥院士的带领下蓬勃发展到今天。8月6日,中国植物病理学会授予田波、郑儒永和方荣祥三位院士“中国植物病理学会终身成就奖”,以表彰他们对中国植物病理学研究事业发展作出的重大贡献。微生物所的三位先生同时获奖,也代表着农业室在植物病理学领域悠久的历史和强劲的研究实力。

小麦白粉病一直被公认为世界性的重大作物病害,每年导致世界产量损失10%~30%。由于小麦基因组复杂,无可用的白粉病抗原,迄今为止尚无有效的防治方法,严重影响“舌尖上的安全”。2013年,重点实验室在主粮作物抗病领域取得重大突破性研究成果。科学家们发展了植物基因组编辑技术,首次获得对白粉病具有广谱抗性的小麦材料,突破了小麦抗白粉病育种重大技术障碍,帮助实现传统育种无法达到的对多倍体作物改良效果,提供了对白粉病具有持久、广谱、高抗特性的优良小麦种质资源。该成果被农业部副部长李家洋点评为“重大突破”,《自然》和《麻省理工技术评论》杂志对此设专文进行了评述。

“正因为实验室在分子病毒领域基础研究有多年的积累,所以才能在找准需求后,突围技术障碍,将合适的种质交到育种专家手中进行培育。”方荣祥这句话也正是农业室的定位所在:从国家战略需求出发,以主要农作物、经济作物以及重要模式植物为材料,系统地开展植物和植物病原微生物的功能基因组学研究,着重于大规模新基因的克隆鉴定、功能分析和潜在应用价值的探索,推动植物生物技术的源头创新和转基因植物产业化。

由此可见,农业室的研究方向既立足于世界科技前沿,又面向国家农业生产需求,他们的任务是完成作物抗病先进技术的源头创新。

突破:走出实验室

基础研究和成果转化之间似乎一直隔着一层障碍,农业室近年来在理论基础走向应用理论基础——作物抗重大病害的转化型研究方面作出了突破屏障的大胆探索。

棉花黄萎病是由大丽轮枝菌感染引起的维管束病害,被称为“棉花癌症”。由于优质品种抗病性很差,棉农只能选择抗病稍强的杂交品种,但这样的棉花纤维整齐度很差,给纺织企业的后期生产和加工带来非常大的难度,不能生产高档面料。即便如此,棉农们依然要面对轻则叶片失绿变黄,蕾铃脱落,严重减产;重则整枝成片死亡,绝产绝收的境况。偶然的机会,农业室郭惠珊看到了满目疮痍的棉田,她决定带领团队,走上对抗棉花黄萎病害的道路。

郭惠珊长期从事RNA沉默研究,这是一个极具前沿性的植物病理学基础研究方向。

“RNA沉默在植物抵抗病毒的入侵和抗病毒应用中起着非常重要的作用,但是对抗病原真菌的研究仅局限于概念性的验证,而且抗病检测都是在实验室规模进行。”郭惠珊把实验平台带到了新疆。

棉花与病原菌的斗争持续于整个植物生长期,所以该技术在棉花抗黄萎病的应用中充满着极大的挑战和神秘感。

经过多年的努力,南繁北育,科研人员终于获得了纯和转基因株系,并通过新疆实地病圃抗病检测证明了寄主诱导基因沉默HIGS在棉花抗黄萎病上应用的可行性和有效性。其结果将为培养抗棉花黄萎病,解决生产中棉花缺乏抗病资源的困境开拓新策略和研究方向。

“棉花的转化周期很长,而且优良性状棉花的转化更困难,但我们不能因为时间长和困难就不做。”从新疆回来,郭惠珊脸上多了一股豪情,肩上也多了份责任。

引领:防患于未然

植物病理学是一门古老的学科,植物病理学在中国近六十年的发展也是微生物所农业室的发展历程。

从一个植物病害的调查鉴定,深入到病害本质的结构与功能的研究;从对病害的宏观描述到病原微生物的分子机制研究;从对植物病害防治束手无策到综合防控策略的建立和利用基因工程技术构建抗病害植物的发展过程。我国科学家在每一个节点上都找到了最合适的位置。

“我们已经从跟踪学习到了创新研究的中心位置,今后的发展还需要研究方位上的突破。”方荣祥语重心长地说。

近10年来,实验室在作物—病毒—昆虫相互作用的分子机制、植物抗病的表观遗传学调控、植物病原细菌功能基因组学、植物先天免疫调控过程和作物基因组编辑先进技术等领域取得了突破性进展。这得益于方荣祥在一些尚未被人们捕获的科学现象中的敏锐嗅觉和颇有战略眼光的布局。

“转化型植物免疫、病原微生物—作物跨界信号交流与人工干扰、病原—作物—昆虫三者互作关系,这三个研究方向是我们‘十三五’对作物抗重大病害的转化型研究的新布局。”实验室副主任钱韦介绍,农业室从最初的四个研究组增长至十个研究组,其中创新课题组7个、青年课题组3个。

治理植物病害最有效的途径就是防患于未然。在2012年引进了两名“百人计划”后,农业室又引进了三名青年科学家形成新的战斗力,希冀在新的机遇到来前实现弯道超车,达到“上工”的境界。

1845年左右,爱尔兰岛上的马铃薯晚疫病造成约100万人饥荒死亡。1879年葡萄霜霉病使法国的酿酒业一度停产。植物和病害的斗争一直未曾停歇,而植物病害防治基本和人类疾病的防治一样,是持久不懈的斗争。据统计,我国植物病虫害损失占粮食总产的30%以上,如果能减少1%的植物病害就能挽回30亿美元的损失,相当于省下一艘航母的造价。

“从‘病口夺产’是一项长期而又艰巨的工作,但也是我们义不容辞的责任。”农业室的植物“医生”们表示。

 
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