我國(guó)科學(xué)家揭示大麗輪枝菌引起植物落葉的分子機(jī)制——

日前，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所所長(zhǎng)戴小楓領(lǐng)銜的有害生物防控創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)了棉花黃萎病病原——大麗輪枝菌引起植物落葉的分子機(jī)制。此項(xiàng)成果于2019年1月4日在線發(fā)表在國(guó)際**植物學(xué)期刊《新植物科學(xué)家（New　Phytologist）》上。?

據(jù)悉，該項(xiàng)研究將為棉花等經(jīng)濟(jì)作物黃萎病（棉花的“癌癥”）病原的分子流行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、抗病品種選育和新型生防藥劑（“克星”）研發(fā)提供理論依據(jù)。

據(jù)戴小楓介紹，早在152 0173 3840年，德國(guó)科學(xué)家就首次發(fā)現(xiàn)了大麗輪枝菌，這是一種通過(guò)土壤傳播的病原真菌，它能破壞植物的水分和養(yǎng)分運(yùn)輸系統(tǒng)，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(hào)檢疫對(duì)象。

1929年，大麗輪枝菌已經(jīng)在美國(guó)主要農(nóng)業(yè)大州廣泛傳播，1935年因棉種引進(jìn)，這種真菌從美國(guó)傳入中國(guó)。該菌系的快速蔓延直接導(dǎo)致了上世紀(jì)90年代至本世紀(jì)初黃萎病在我國(guó)的大面積爆發(fā)，給棉花生產(chǎn)造成重創(chuàng)。

目前，每年在棉花上造成的經(jīng)濟(jì)損失仍然高達(dá)一百多億美元。

更為可怕的是，大麗輪枝菌的寄主具有廣譜性，它能侵染8科600多種植物，包括馬鈴薯、茄子、辣椒、萵苣、番茄、草莓等重要經(jīng)濟(jì)作物，以及牡丹、菊花、金銀花等中藥材和觀賞植物香山紅葉（黃櫨）等，全球范圍內(nèi)由大麗輪枝菌引起的黃萎病每年造成愈千億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，全世界的農(nóng)業(yè)科研工作者一直致力于解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機(jī)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(cè)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(jiān)測(cè)和預(yù)防控制提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐，但一直未有突破。

戴小楓團(tuán)隊(duì)從上世紀(jì)90年代就開(kāi)始了相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，他們應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)解析了來(lái)自中國(guó)棉花的大麗輪枝菌基因組，通過(guò)與來(lái)自美國(guó)萵苣和荷蘭番茄上大麗輪枝菌基因組的比較，發(fā)現(xiàn)中國(guó)大麗輪枝菌菌株相對(duì)于美國(guó)和荷蘭的多出一個(gè)基因組片段，而該片段恰恰是從棉花的另一種病菌——枯萎病菌中“掠取”（基因水平轉(zhuǎn)移）過(guò)來(lái)的。

“也就是說(shuō)，大麗輪枝菌獲得了枯萎病的部分基因片段，從而對(duì)棉花具有了更強(qiáng)的侵染能力。”戴小楓說(shuō)。

隨著研究的進(jìn)一步深入，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，“掠奪”來(lái)的基因片段包含7個(gè)基因（稱之為VdDf1到VdDf7）。戴小楓形象地把它們稱為一個(gè)“小團(tuán)隊(duì)”，在這個(gè)團(tuán)隊(duì)里，每個(gè)“隊(duì)員”各司其職，它們有的負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，有的負(fù)責(zé)編碼轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。其中，*關(guān)鍵的兩名“成員”負(fù)責(zé)編碼聚酮合成酶（VdDf5和VdDf6），而這種酶是引起寄主落葉的關(guān)鍵功能基因。

“VdDf5和VdDf6相當(dāng)于這個(gè)團(tuán)隊(duì)的核心人物，如果沒(méi)有它們，這個(gè)團(tuán)隊(duì)將無(wú)法正常行動(dòng)。”戴小楓指出。

當(dāng)大麗輪枝菌獲得這個(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(zhuǎn)運(yùn)。這種化合物一方面干擾棉花體內(nèi)的磷脂代謝通路，使棉花對(duì)一種叫作“脫落酸”的植物內(nèi)生激素更加敏感；另一方面扮演著與脫落酸相似的作用，使棉花的內(nèi)源激素系統(tǒng)紊亂，脫落酸不正常的大量合成，*終導(dǎo)致棉花葉片脫落。

據(jù)介紹，近年來(lái)，在國(guó)家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的支持下，團(tuán)隊(duì)在黃萎病為害機(jī)理與抗病分子機(jī)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(xiàn)目前的領(lǐng)跑。本項(xiàng)研究將為今后開(kāi)展落葉型病原分子流行監(jiān)測(cè)、抗病品種選育和新型生防藥劑研發(fā)等提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

據(jù)悉，戴小楓團(tuán)隊(duì)目前正在牽頭組織由國(guó)內(nèi)外14家優(yōu)勢(shì)單位發(fā)起“大麗輪枝菌基因組學(xué)研究國(guó)際大科學(xué)計(jì)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(tǒng)地闡明全球黃萎病病原起源、群體結(jié)構(gòu)及遺傳演化等困擾國(guó)際學(xué)術(shù)界長(zhǎng)達(dá)百年的重要科學(xué)問(wèn)題。