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科學(xué)家找到對抗甘薯小象甲的基因“武器”

2023-01-11 11:09:11   

你是否有過這樣的經(jīng)歷?當(dāng)你吃著甜甜的甘薯時(shí),突然就咬到發(fā)苦的地方,特別令人惱火。“發(fā)苦是因?yàn)楦适肀桓适硇∠蠹滓н^。”中國科學(xué)院華南植物園研究員侯興亮介紹,“一方面是因?yàn)楦适硇∠蠹自诟适砝镢@來鉆去,留下來的排泄物比較苦;另一方面是甘薯被甘薯小象甲咬過之后,自身會產(chǎn)生一種防御物質(zhì)把自己變苦,這樣甘薯小象甲就不愛吃了。”

甘薯小象甲是對甘薯種植業(yè)危害最大的害蟲,它們通過啃咬葉蔓、蛀食薯塊等方式,嚴(yán)重影響甘薯的產(chǎn)量和品質(zhì)。

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近日,由侯興亮帶領(lǐng)的植物發(fā)育與品質(zhì)調(diào)控研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究成果刊發(fā)在國際植物學(xué)期刊《自然·植物》上,該研究不僅首次克隆了甘薯對天敵害蟲的天然抗性基因,還揭示了其下游天然抗蟲物質(zhì)合成的調(diào)控機(jī)理,為甘薯小象甲田間防治提供了新方向和新思路。

蟲害防范不當(dāng)易致甘薯絕收

中國是全球最大的甘薯生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國,產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60%以上,但頻繁發(fā)生的蟲害已成為制約甘薯生產(chǎn)的主要因素。

“甘薯小象甲蟲害在亞洲、非洲薯區(qū)十分嚴(yán)重,可造成10%—30%的產(chǎn)量損失,嚴(yán)重時(shí)可達(dá)50%以上。在我國南方甘薯種植區(qū),甘薯小象甲蟲害一年可多代發(fā)生且世代重疊,因氣候變暖,近年來該蟲害已擴(kuò)散至長江流域種植區(qū),且有逐年擴(kuò)大趨勢?!焙钆d亮說,“尤其在廣東地區(qū),甘薯小象甲非常猖獗,只要沒治理好,基本上這一年農(nóng)民就別想有收成了?!?/p>

然而,目前治理甘薯小象甲主要采用噴灑農(nóng)藥等化學(xué)防治方法,這不僅增加生產(chǎn)成本,還會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境污染,引發(fā)食品安全等問題。

“目前農(nóng)業(yè)上尚無甘薯小象甲抗性品種培育。因此,發(fā)掘甘薯自身的抗蟲基因資源,開展抗性分子機(jī)制研究,促進(jìn)抗蟲技術(shù)開發(fā)和抗性品種選育,是解決甘薯小象甲蟲害最為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的選擇,也是當(dāng)前甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求?!焙钆d亮表示。早在2014年,侯興亮團(tuán)隊(duì)就聯(lián)合廣東海洋大學(xué)朱宏波副教授團(tuán)隊(duì)對此展開了研究。

首次克隆甘薯小象甲抗性基因

由于對甘薯小象甲抗性的研究基礎(chǔ)非常薄弱,甘薯抗蟲資源多樣性不高,導(dǎo)致抗蟲機(jī)制研究進(jìn)展緩慢。

該研究團(tuán)隊(duì)首先把突破口鎖定在尋找蟲害抗性關(guān)鍵基因上?!爸参飳Σ∠x害的抗性由基因控制。如果我們能找到甘薯的蟲害抗性基因,就能夠有針對性地防治甘薯小象甲?!焙钆d亮介紹。為此,他們歷經(jīng)3年在蟲害嚴(yán)重的華南地區(qū)進(jìn)行田間篩選,獲得了兩份珍貴的甘薯小象甲高抗種質(zhì)。

“這是全世界首次篩選到的有效高抗種質(zhì)。”侯興亮說。之后,他們利用抗感種質(zhì)構(gòu)建F1遺傳群體,同時(shí)克服了控制條件下抗蟲表型難檢測、不穩(wěn)定的困難,建立了穩(wěn)定的甘薯小象甲抗蟲可控評價(jià)體系,最終成功定位并克隆了兩個(gè)甘薯小象甲抗性關(guān)鍵基因SPWR1和SPWR2。

后續(xù)研究證明,SPWR1和SPWR2均正向調(diào)控甘薯對甘薯小象甲的抗性?!皩?shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)甘薯對甘薯小象甲的抵抗,依賴一種名為奎尼酸的代謝物及其衍生物??崴釓V泛存在于植物體中,對人體沒有毒性,但會明顯抑制甘薯小象甲胰蛋白酶的活性,通俗來說,就是甘薯小象甲吃了含有這種物質(zhì)的甘薯后,會不舒服,所以它們就不吃了?!焙钆d亮說,“這意味著我們找到了能夠育成抗蟲品種甘薯的途徑?!?/p>

目前農(nóng)業(yè)上尚無甘薯小象甲抗性品種培育,此項(xiàng)研究創(chuàng)制的種質(zhì)在顯著提高抗性的同時(shí)并未降低品種原有產(chǎn)量和品質(zhì),填補(bǔ)了國際上甘薯小象甲抗性種質(zhì)開發(fā)利用的空白。

提出綠色環(huán)??瓜x方案

如何防治甘薯小象甲呢?由于奎尼酸及其衍生物在甘薯的內(nèi)源濃度下不具有對人體的藥理毒性,且在自然環(huán)境中不易殘留、抗蟲性強(qiáng)大,因此在上述研究基礎(chǔ)上,該研究團(tuán)隊(duì)提出通過噴施奎尼酸及其衍生物對甘薯小象甲侵害產(chǎn)生抑制作用、兼具環(huán)境友好型和資源節(jié)約型的農(nóng)業(yè)抗蟲方案。

另一方面,該研究團(tuán)隊(duì)克服了甘薯遺傳轉(zhuǎn)化操作難、轉(zhuǎn)化率低、周期長的問題,利用甘薯自身快速增生能力,配合根癌農(nóng)桿菌定向注射手段,開發(fā)了一種高效穩(wěn)定的新型甘薯遺傳轉(zhuǎn)化方法。

此研究對推進(jìn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗的甘薯分子育種,促進(jìn)特色高值生態(tài)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化,帶動甘薯產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展和農(nóng)民增產(chǎn)增收具有重要意義。

侯興亮透露,目前他們已聯(lián)合朱宏波團(tuán)隊(duì)著手啟動甘薯小象甲抗性品種的培育工作。

來源:科技日報(bào)
編輯:牛姣
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