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全世界有85%~90%的麦类作物在遭受着锈病侵害。面对麦锈病，全球科学家通过博洛格麦锈病协作网联手，力图将这一威胁人类粮食安全的疾病击败。
■本报记者 李晨
“锈病对于麦类作物是一种危害最大的疾病，全世界有85%~90%的麦类作物在遭受着锈病侵害。”近日，在2012博洛格全球麦锈病协作网技术研讨会上，来自国际小麦玉米改良中心埃塞俄比亚办事处的Dave Hodson博士对在场媒体说。
1999年以来，一种威胁巨大的锈病变种正自西向东，由非洲悄悄向亚洲蔓延。这就是人人闻风色变的Ug99。
中国农业科学院作物科学研究所研究员、国家小麦改良中心主任何中虎告诉《中国科学报》记者，农业部向肯尼亚送去了12000份中国的主要小麦品种样本，经鉴定，有16份对Ug99表现出中等抗性。如果现在不采取任何措施，一旦Ug99蔓延到中国，将会对中国粮食安全产生致命威胁。
面对麦锈病，全球科学家通过博洛格麦锈病协作网联手，正打出组合拳，力图将这一威胁人类粮食安全的疾病击败。
新技术缩短基因交换进程
在美国农业部研究麦类作物的遗传学家许树军，从2007年开始尝试从杂草中寻找能抗Ug99的基因。
杂草和小麦虽然都是禾本科植物，但它们在天然条件下并不能相互杂交产生后代。但杂草中的某些基因却对麦锈病具备良好的抗性。
“我们没有用转基因的方法。”许树军告诉《中国科学报》记者。一方面因为转基因技术需要先将抗性基因提纯并复制，这本身就要耗费很大的工作量和时间；另一方面则由于目前人们对转基因技术还无法欣然接受。
为了用安全可靠的办法将他们想要的抗性基因交换到小麦中去，许树军自己研究出一套新技术，大大缩短了将抗性基因交换到新品种中去的时间。
许树军发现，小麦中有一个Ph1基因，它像警察一样只让小麦的染色体与小麦的交换，从而阻止了小麦与其他物种进行杂交。在去掉Ph1基因后，小麦和杂草的基因就可以通过染色体过程进行交换了。
用传统方法杂交，将一个目的基因转到新品种上去，往往需要10到20年时间，而现在，许树军的新方法只需要3年时间。
“这种方法是一次革命。”许树军说。他先在杂草上找到了5种可能对Ug99有抗性的基因，等这些基因正式发布之后，将免费提供给全球科学家使用。他希望，中国的科学家可以用这些基因培育出适应中国生长环境的抗Ug99的小麦品种。
墨西哥国际玉米和小麦改良中心（CIMMYT）小麦研究项目主任Ravi Singh说，他们一直在关注许树军的工作，未来五年内有可能把他找到的抗性基因放在CIMMYT的小麦新品种中，推荐给全球各地的麦农和科学家使用。
微效抗性基因组合成“强拳”
“我们从Ug99学到的最重要的一点是，小麦新品种要有不同的抗性基因、不同的抗病机制来对抗病菌。”美国蒙大拿州立大学植物病理学家黄俐告诉《中国科学报》记者，目前，大多数小麦新品种对锈病的抗性只能持续2到3年，这是因为目前商业化种植的小麦采用的是比较单一的抗性机制，或者说一般只具备一个抗性基因。
麦锈病侵入小麦基本上有三种类型，都会引发小麦产生不同免疫反应。例如，病菌和小麦细胞接触，控制小麦活细胞为其产生营养；病菌入侵后改变植物体内的特异蛋白，使得植物体产生免疫反应；病菌借助某种特定基因侵入植物体内。
任何一种免疫反应都可能对病菌产生很大的抗性，但一旦病菌突变，这种单一的抗性就不能发挥作用，植物体也就被新的病菌突变小种击败了。
“单一的强的抗性容易被攻破，所以我们现在考虑将微效的小的基因组合在一起，让植物具有更强大的抗性。”黄俐说。虽然目前对其原理还不清楚，但微效基因组合已经被Ravi Singh等科学家证明是切实有效的。
黄俐现在的工作就是研究整个防御机理是如何进行的。她猜测，可能的机制是这样：将不同的抗病基因组合在一起，病菌很难同时攻克不同的抗病机制，所以产生了叠加效果。“多重抗性相对持久，至少可以维持10年以上。”黄俐说。
此外，抗病基因还应当与产量、口感等性状结合。例如某品种具有几种抗病基因，但其产量比其他不抗病品种低。于是，在那些锈病不严重的地区，农民们不愿种植这种抗性品种，当锈病突发时，就会造成减产。同时，任何一种小麦新品种要为农民所接受，都必须考虑当地人的口味和饮食习惯。黄俐告诉记者，解决的办法是将抗病基因和增产基因都组合到一个品种中去，让麦农更乐于接受。
向水稻求医问药
在印度，大米和小麦种植在非常临近的田地里，但水稻并不会患上对小麦来说致命的锈病。这种现象引起了科学家的好奇。
国际水稻研究所（International Rice Research Institute，IRRI）研究员Hei Leung从2007年开始研究上述问题，希望能在水稻身上找到抵抗锈病的机制，并转移到麦类作物上。
他告诉《中国科学报》记者，其实水稻的叶子也会被锈病菌所感染，但病菌只能存活很短的时间，在肉眼可见之前，其侵染过程就被水稻身上某种机制终止了。自然条件下，锈病菌从来不能在水稻上产生孢子，所以看起来水稻不会感染锈病。
Hei Leung现在的工作是稍微改变水稻的免疫系统，尝试让锈病菌存活较长的时间，以此探寻水稻抗锈病的机理。“现在刚找到的材料可以让这种病菌在水稻中进展到第二、三阶段，但还是不能在水稻中存活下来。”Hei Leung说。
或者是抗病基因，或者是整个水稻的抗病机制，无论如何，一旦Hei Leung他们解开了水稻抗锈之谜，科学家将有希望将其引入到小麦中去，成为小麦抗锈的新途径。
这种思路还被他们扩展到整个禾谷类作物中，通过一步步筛选，他们将找到有效的抗病基因，放在新的麦品种中。
《中国科学报》 (2012-09-11 B1 生物)
