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中国科学家攻克小麦赤霉病的关键基因■中国科学家攻克小麦赤霉病的关键基因

找到了治愈小麦“癌症”的良方——我科学家攻克小麦赤霉病的关键基因
小麦赤霉病是世界范围内极具毁灭性且防治困难的真菌病害 ， 一旦感染 ， 不仅影响小麦产量和品质 ， 更对食品安全和人类健康构成严重威胁 。近些年 ， 小麦赤霉病发生面积不断扩大 ， 成为农业领域里的世界性难题 。
【中国科学家攻克小麦赤霉病的关键基因■中国科学家攻克小麦赤霉病的关键基因】日前 ， 《科学》杂志在线发表山东农业大学孔令让教授团队科研发现 ， 他们从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病主效基因Fhb7 ， 揭示了其抗病分子机制；携带该基因的种质材料被多家单位用于小麦育种 ， 表现出稳定的赤霉病抗性 。
攻克世界性小麦难题

“小麦赤霉病由镰刀菌属真菌侵染而导致 ， 堪称小麦‘癌症’ 。感染赤霉病的小麦籽粒干瘪 ， 淀粉与蛋白质含量降低 ， 出粉率低 ， 湿面筋含量少 ， 病麦率含量达到4%以上就失去了食用价值 。麦田一旦被感染 ， 通常减产10%~20% ， 严重时达80%~90% ， 重病麦田可致绝收 。产量和品质下降的同时 ， 以其为原料制作的食品和饲料更会严重威胁人畜健康 。”团队负责人、论文通讯作者、山东农业大学农学院院长孔令让说 。
培育与利用抗病品种是最经济、有效并环保的选择 。早在半个多世纪之前 ， 中国农业科学工作者就开始了小麦赤霉病的相关研究 ， 但是小麦种质资源中可用的主效抗赤霉病基因非常稀少 ， 因此抗赤霉病育种工作难以取得关键性突破 。
孔令让教授团队长期从事小麦抗赤霉病遗传及品种改良研究工作 ， 经过20余年的不懈攻坚 ， 终于找到了解决赤霉病世界性难题的“金钥匙” 。在研究成果中共有五个发现：克隆了Fhb7抗赤霉病基因；发现Fhb7基因编码的酶对呕吐毒素具有解毒功能；提供了真核生物间核基因组DNA水平转移的功能性证据；组装了长穗偃麦草基因组；发现Fhb7基因对整个镰刀菌属病原菌具有广谱抗性 。
北京大学现代农业研究院首席科学家邓兴旺高度评价这一成果 ， 认为论文中五大研究内容组成了一个完整的科学故事 ， 阐释了极具战略意义的抗赤霉病Fhb7基因从发现、组装、克隆、解析到运用的前世今生 ， 将引起那些致力于植物-病原体相互作用、谷物基因组学、植物基因组进化、植物遗传修饰、植物育种(特别是抗病性)的研究人员 ， 甚至世界各国决策者的广泛关注 。
十年磨剑的宝贵成果
从1985年开始 ， 孔令让就从事长穗偃麦草、八倍体小偃麦与小麦的远缘杂交研究 ， 2000年左右 ， 他在长穗偃麦草中发现了抗赤霉病基因 ， 并在2015年命名为Fhb7 。接着 ， 他带领团队经过初定位和精细定位 ， 证明Fhb7单基因具有较高的赤霉病抗性 ， 随后 ， 对复杂的长穗偃麦草基因组进行了高质量的组装和注释 ， 完成了对该基因的精细定位 。
团队采用传统图位克隆技术 ， 并结合细胞遗传学、突变基因组学、病毒诱导的基因沉默和转基因技术 ， 对来自长穗偃麦草基因组的抗赤霉病基因Fhb7进行了充分的功能性验证 。
“通过系列分子实验和高分辨质谱分析 ， 发现Fhb7编码的蛋白可以打开呕吐毒素的环氧基团 ， 并催化其形成谷胱甘肽加合物 ， 从而产生解毒效应 ， 明确并验证了其在小麦抗病育种中的稳定抗性和应用价值 。”孔令让介绍 ， 产生呕吐毒素是小麦赤霉病危害严重的重要因素之一 ， 呕吐毒素严重污染食品和饲料 ， 被世界卫生组织定为天然存在的极为危险的食品污染物 ， 可引起人畜中毒 。呕吐毒素同时可在人和哺乳动物体内逐渐积累 ， 诱发免疫功能下降等慢性毒副作用 。


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