寻找攻克水稻“癌症”的“利器”

 
寻找攻克水稻“癌症”的“利器”  
 

▲抗稻瘟病的水稻品种

▲陈学伟在水稻田间

■本报见习记者 韩扬眉

夏季到来，位居水稻病害之首的稻瘟病逐渐进入高发期。稻瘟病又称水稻“癌症”，严重时可致颗粒无收。因其危害巨大，我国水稻新品种审定实行稻瘟病抗性“一票否决”制。

一直以来，科学家们希望认清稻瘟病的发病抗病机制、寻找稻瘟病的抗性基因，从而最大限度控制稻瘟病发生，以及获得抗稻瘟病优势水稻品种。

日前，中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员朱立煌团队发现，在水稻中由稻瘟病抗性蛋白Pid3直接引发的抗病防卫信号具有一定程度的共通性，对稻瘟病抗病机制提供了新认识。近日，四川农业大学教授陈学伟团队应邀撰写稻瘟病广谱抗性综述文章，评述了国内外水稻稻瘟病广谱抗性相关遗传基础和分子机理等研究进展。上述成果分别发表于国际主流期刊《新植物学家》和《当代植物生物学观点》。

变化多端的“黑势力”

“稻瘟病是由稻瘟病菌引起的最具破坏性的水稻真菌性病害。”朱立煌告诉《中国科学报》，水稻几乎所有的生长阶段都可能会感染，可致水稻减产10%~35%，甚至“全军覆没”。按照发病部位，稻瘟病分为叶瘟和穗瘟。其中，穗瘟发生于谷粒上，直接影响产量。

稻瘟病菌“黑势力”强大。受害对象不仅是水稻，近年来在南美洲发现小麦也染上了与稻瘟病基本为同一属病原菌的麦瘟病，并一度造成毁灭性损失。

在植物体内，稻瘟病菌生长扩散过程“简单”又迅速。陈学伟解释道，稻瘟病菌利用自身特性能够先附着在植物细胞表面形成侵染结构，进而使病原菌穿透寄主表皮细胞壁，在寄主细胞中生长发育。之后，被侵染的细胞又产生菌丝，并再次传播侵染到附近其它细胞。3~5天内，植物便可出现病症。

此外，稻瘟病菌的生长还受外部环境诱导，中国的四川、湖南等盆地地区通常为稻瘟病高发地，尤其在夏季，当相对湿度高达90%以上，且温度大约25~30摄氏度时，稻瘟病易发和流行。

“农药是控制稻瘟病的必要手段之一。但首要手段，也是最经济、绿色、有效的方法，是依靠稻瘟病自身的抗病基因。”朱立煌说。

然而，稻瘟病菌是一个“大家族”，有着种类繁多的小种。由于水稻品种和种植的生态区域不同，水稻抗稻瘟病的基因类型、各个水稻品种对稻瘟病菌的抗谱范围也各不相同。

此外，稻瘟病菌最大的特点还在于其变化多端，即便是今年在当地具有抗稻瘟病基因的品种，次年或者过几年，也会因为出现新的稻瘟病菌小种，加之致病优势菌群的变化，导致原有的抗病基因不再有效。

“就像每年流行的感冒病毒都不一样。”朱立煌说，“这也是稻瘟病的防控难点所在。”

克服稻瘟病“两手抓”

高产和抗病是作物育种的两个重要目标，但同时也是两个相互拮抗的生物学过程。在防控稻瘟病的道路上，科学家们必须“两手抓”，一手寻找抗病基因并认识抗病机制，一手挖掘病原菌致病机理以切断致病过程，以期实现“鱼和熊掌兼得”。

随着水稻基因组图谱的揭示，研究人员广泛挖掘了天然的抗稻瘟病水稻资源，迄今已鉴定出100多个抗病位点，克隆了30多个抗病基因。