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對付條銹病還需小麥自身“硬”

2023-08-22 11:01:20   

小麥條銹病是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重危害小麥生產(chǎn)的重要流行性病害,對國家糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。應(yīng)用抗病品種是防治小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)、有效、安全的途徑。新基因的獲得,是開展生物育種的前提。如今,YrNAM基因的克隆為科研人員開展抗小麥條銹病育種創(chuàng)造了條件。

小麥條銹病是一種流行性重大病害,可致小麥減產(chǎn)甚至絕收,其防控更是世界性難題。8月18日,記者從山東農(nóng)業(yè)大學(xué)了解到,由該校付道林教授領(lǐng)銜的小麥生物育種團(tuán)隊(duì)建立了快速基因克隆技術(shù)體系——性狀關(guān)聯(lián)突變體測序技術(shù),在小麥中克隆到一個(gè)新型抗小麥條銹病基因YrNAM,為小麥的抗病機(jī)理研究、生物育種和種質(zhì)創(chuàng)新提供了重要的基因資源及技術(shù)支撐。這一科研成果近日在線發(fā)表于《自然·通訊》。

小麥條銹病的危害是什么?為什么要克隆新的抗病基因?上述發(fā)現(xiàn)有何意義?帶著這些問題,記者采訪了該團(tuán)隊(duì)。

小麥條銹病對糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅

“小麥條銹病是世界范圍內(nèi)嚴(yán)重危害小麥生產(chǎn)的重要流行性病害,對國家糧食安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅?!备兜懒窒蛴浾弑硎?。中國是世界上小麥條銹病發(fā)生面積最大、危害損失最重的國家之一。2020年,小麥條銹病被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列入《一類農(nóng)作物病蟲害名錄》。付道林說,從苗期、拔節(jié)期、開花期,一直到成熟期,小麥在整個(gè)生育期均可被小麥條銹菌侵害。小麥條銹病可使小麥生長發(fā)育受到多方面的影響,最終導(dǎo)致小麥產(chǎn)量的損失。小麥條銹病一般流行年份常引起減產(chǎn)5%—10%,個(gè)別流行年份可引起減產(chǎn)25%,發(fā)病嚴(yán)重田塊可導(dǎo)致60%以上的減產(chǎn)甚至顆粒無收。

如今,對我國四川省、陜西省、甘肅省、湖北省十堰市、河南省信陽市等地來說,小麥條銹病仍是當(dāng)?shù)匦←溕a(chǎn)的第一大病害。

在付道林看來,小麥條銹菌流行速度快、發(fā)生區(qū)域廣,可隨高空氣流傳播,其防控是世界性難題??寺⌒碌目共』?,選育和推廣利用抗小麥條銹病小麥品種,是降低小麥條銹病危害最綠色安全、最經(jīng)濟(jì)有效的措施。盡管國內(nèi)外不少高校院所都在針對小麥條銹病防控展開研究,不過由于小麥基因組龐大、基因復(fù)雜,長期以來開展小麥關(guān)鍵基因的克隆非常困難。據(jù)了解,在抗小麥條銹病基因研究領(lǐng)域,目前國際上僅有不足十個(gè)基因得以成功克隆。

據(jù)了解,影響小麥條銹病發(fā)生和流行的環(huán)境條件主要是雨水與氣溫。比如夏季多雨,有利于越夏菌源繁殖;冬季氣溫偏高,有利于菌源越冬;春季雨露充沛,促進(jìn)病菌侵染、發(fā)展和蔓延。反之,早春干旱,病葉枯死可延緩病害流行。

培育抗病品種抵御小麥條銹病

小麥條銹病具有分布廣泛、病原菌生理小種復(fù)雜多變等特點(diǎn),常常導(dǎo)致小麥抗病品種抗性頻繁喪失。因此,小麥條銹病的抗源發(fā)掘和抗病基因鑒定一直是植物病理學(xué)與遺傳育種學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)、難點(diǎn)和重點(diǎn)。

專家認(rèn)為,防治小麥條銹病可以通過使用化學(xué)藥劑;還可使用物理方法,在小麥生長期進(jìn)行適量清茬等防止病害發(fā)生。但應(yīng)用抗病品種是防治小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)、有效、安全的途徑。傳統(tǒng)育種中,一般利用抗病基因培育抗病品種。

“在我國,育種家利用抗病基因Yr1、Yr9和Yr26等培育的抗病品種,為小麥條銹病防控作出了重大貢獻(xiàn)?!鄙鲜稣撐墓餐ㄓ嵶髡?、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授吳佳潔表示,大面積種植單一抗病基因品種,常導(dǎo)致病原菌新毒性小種的出現(xiàn),并逐漸形成優(yōu)勢小種,使小麥抗病品種喪失抗病性,病害暴發(fā)流行。

此次團(tuán)隊(duì)研發(fā)的性狀關(guān)聯(lián)突變體測序技術(shù),就是為了解決抗小麥條銹病基因缺乏、基因克隆困難等問題。吳佳潔介紹,該技術(shù)不需要構(gòu)建精細(xì)遺傳圖譜,無需獲得親本材料的參考基因組,可實(shí)現(xiàn)小麥目標(biāo)基因的快速克隆,并且經(jīng)濟(jì)有效。

新基因的獲得,是開展生物育種的前提。如今,YrNAM基因的克隆為通過生物育種策略開展抗小麥條銹病育種創(chuàng)造了條件。在吳佳潔看來,新克隆的YrNAM代表著一類新的抗病基因,同時(shí),其對多個(gè)小麥條銹菌生理小種具有高水平抗病性,這意味著它具有潛在的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。

在實(shí)驗(yàn)過程中,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的專家們對數(shù)百份小麥品種進(jìn)行了分子標(biāo)記檢測,未發(fā)現(xiàn)有品種攜帶YrNAM基因。另外,序列分析結(jié)果表明,在目前已測序的普通小麥基因組中未發(fā)現(xiàn)YrNAM基因,這意味著全新的YrNAM基因?qū)τ诤Y選新的小麥條銹病抗源、創(chuàng)制抗小麥條銹病新種質(zhì)意義重大。

發(fā)掘更廣泛的抗病基因類型刻不容緩

談及小麥條銹病防治仍面臨哪些挑戰(zhàn)時(shí),付道林表示:“小麥條銹菌變異迅速,可通過基因突變、有性生殖等諸多變異途徑產(chǎn)生大量新毒性小種。小麥品種大規(guī)模推廣3年到5年后,病菌變異產(chǎn)生的新毒性菌系就可能‘攻破’品種的抗性,導(dǎo)致病害成災(zāi)?!?/p>

小麥條銹菌隨著高空氣流飛往全國各地,讓無數(shù)麥農(nóng)深受其害。半個(gè)世紀(jì)以來,盡管我國對小麥條銹病的防治工作十分重視,投入了大量人力、物力、財(cái)力,不斷提升防治技術(shù),但對付“狡猾”的病原菌,還有很長的路要走。

“縱觀我國小麥條銹病的發(fā)生流行與防治歷史,小麥常常處于條銹菌流行的威脅之中。因此,加強(qiáng)小麥條銹病綜合治理理論與技術(shù)研究,實(shí)施源頭治理戰(zhàn)略,建立持久防控機(jī)制,對于保障國家小麥生產(chǎn)安全和糧食安全至關(guān)重要?!备兜懒痔岬?,一方面,培育一個(gè)抗病品種需要花費(fèi)10年左右的時(shí)間,品種抗病性喪失年限明顯短于品種培育年限。他認(rèn)為,病菌新毒性小種的產(chǎn)生和發(fā)展是導(dǎo)致品種抗病性“喪失”的主要原因,抗病品種的不合理布局和品種抗源的單一性,為新的毒性小種產(chǎn)生提供了條件。

另一方面,雖然抗病品種的選育與應(yīng)用在我國小麥條銹病防治中發(fā)揮了重要作用,但是抗病基因有限、優(yōu)異抗病種質(zhì)資源缺乏,導(dǎo)致抗病品種長期滯后于小麥條銹病優(yōu)勢小種,同時(shí)缺乏抗小麥條銹病、赤霉病、白粉病等的多抗品種。

付道林表示,目前,小麥育種及生產(chǎn)中可利用的有效抗性基因較少,同時(shí)已有基因逐步失去其應(yīng)用價(jià)值,僅Yr5、Yr15及Yr61等少數(shù)抗病基因?qū)Ξ?dāng)前國內(nèi)小麥條銹菌流行小種仍表現(xiàn)出抗病性。因此,發(fā)掘更為廣泛的基因類型用于抗小麥條銹病育種已經(jīng)刻不容緩。

針對小麥條銹病的有效防控,付道林建議,一方面要明晰病原菌群體進(jìn)化和小麥抗病屬性,合理布局使用不同抗病品種,構(gòu)建不同麥區(qū)的生物屏障;另一方面要闡明病原菌致病機(jī)理和抗病基因的功能,利用新技術(shù)研發(fā)新機(jī)制、創(chuàng)制新抗源。

來源:科技日報(bào)
編輯:張靜
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