1月6日，《中國科學(xué)報》記者從中國農業(yè)科學(xué)院農產(chǎn)品加工所獲悉，由該所研究員戴小楓領(lǐng)銜的加工有害生物創(chuàng )新團隊日前在大麗輪枝菌寄主適應性進(jìn)化研究方面取得重要進(jìn)展，首次闡明了大麗輪枝菌引起棉花等寄主落葉的分子機制。相關(guān)研究成果已于1月4日在線(xiàn)發(fā)表于國際知名植物學(xué)期刊《新植物科學(xué)家》（New Phytologist）上。
大麗輪枝菌是引起棉花“癌癥”——黃萎病的病原。戴小楓說(shuō)，該項研究將為棉花等經(jīng)濟作物黃萎病病原的分子流行監測預報、抗病品種選育和新型生防藥劑研發(fā)提供理論依據。
作為一種毀滅性的、可通過(guò)土壤傳播的病原真菌，大麗輪枝菌能破壞植物的水分和養分運輸系統，迅速造成植物黃化萎焉枯死，曾與馬鈴薯晚疫病并列為世界頭號檢疫對象。上世紀60年代，在美國發(fā)現它能使棉花落葉而造成絕產(chǎn)。上世紀80年代，我國在棉花上也發(fā)現了引起棉花落葉的大麗輪枝菌菌系，該菌系的快速蔓延直接導致了上世紀90年代至本世紀初黃萎病在我國的大面積爆發(fā)，給棉花生產(chǎn)造成重創(chuàng )。
半個(gè)多世紀以來(lái)，研究人員一直致力于解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機制，圍繞落葉性狀表型鑒定、致病力分化特征、分子進(jìn)化與基因檢測方法等開(kāi)展了一系列研究，以期為落葉型大麗輪枝菌的流行監測和預防控制提供理論依據與技術(shù)支撐，但一直未有突破。
戴小楓團隊應用高通量測序技術(shù)解析了來(lái)自中國棉花的大麗輪枝菌基因組，通過(guò)與來(lái)自美國萵苣和荷蘭番茄上大麗輪枝菌基因組比較，發(fā)現中國菌株相對于美國和荷蘭的多出一個(gè)基因組片段，該片段系從與其長(cháng)期混生的棉花枯萎病菌中“掠取”（基因水平轉移）而來(lái)，從而獲得了對棉花的超強侵染能力。進(jìn)一步研究發(fā)現，該菌獲得這個(gè)基因組片段后，編碼的功能基因直接參與了引起落葉化合物（N-酰基乙醇胺）的合成和轉運。這種化合物一方面干擾棉花體內的磷脂代謝通路，使棉花對一種叫作“脫落酸”的植物內生激素更加敏感；另一方面扮演著(zhù)與脫落酸相似的作用，使棉花的內源激素系統紊亂，脫落酸不正常的大量合成，最終導致棉花葉片脫落。
據介紹，該研究是該團隊繼2017年在《新植物科學(xué)家》報道廣譜寄生大麗輪枝菌通過(guò)水平轉移獲得專(zhuān)化性侵染能力的關(guān)鍵遺傳變異（VdDfs）后發(fā)表的又一項重要研究結果，闡明了該遺傳變異調控落葉性狀的分子機制；同時(shí)，該研究團隊依據鑒定的遺傳變異開(kāi)發(fā)了大麗輪枝菌分子流行學(xué)檢測技術(shù)，相關(guān)技術(shù)已獲9件國家發(fā)明專(zhuān)利。
據論文第一作者張丹丹博士透露，經(jīng)過(guò)多年努力，團隊幾年前已在棉花抗黃萎病分子標記輔助育種領(lǐng)域取得重要突破，選育出世界第一個(gè)抗病品種并大面積推廣。近年來(lái)，在國家農業(yè)科技創(chuàng )新工程的支持下，團隊在黃萎病為害機理與抗病分子機理研究等領(lǐng)域，已經(jīng)從5年前的跟跑歐美到并跑，進(jìn)而實(shí)現目前的領(lǐng)跑。
此外，記者還了解到，戴小楓團隊目前正在牽頭組織由國內外14家優(yōu)勢單位發(fā)起“大麗輪枝菌基因組學(xué)研究國際大科學(xué)計劃”，未來(lái)有望從全基因組學(xué)、代謝組學(xué)與合成生物學(xué)角度，較為系統地闡明全球黃萎病病原起源、群體結構及遺傳演化等困擾國際學(xué)術(shù)界長(cháng)達百年的重要科學(xué)問(wèn)題。
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