我科學家率先揭示棉花“癌癥”落葉原因分子機理

　　 1月6日，《中國科學報》記者從中國農業科學院農產品加工所獲悉，由該所研究員戴小楓領銜的加工有害生物創新團隊日前在大麗輪枝菌寄主適應性進化研究方面取得重要進展，首次闡明了大麗輪枝菌引起棉花等寄主落葉的分子機制。相關研究成果已于1月4日在線發表于國際知名植物學期刊《新植物科學家》（New Phytologist）上。

　　大麗輪枝菌是引起棉花“癌癥”——黃萎病的病原。戴小楓說，該項研究將為棉花等經濟作物黃萎病病原的分子流行監測預報、抗病品種選育和新型生防藥劑研發提供理論依據。

　　作為一種毀滅性的、可通過土壤傳播的病原真菌，大麗輪枝菌能破壞植物的水分和養分運輸系統，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檢疫對象。上世紀60年代，在美國發現它能使棉花落葉而造成絕產。上世紀80年代，我國在棉花上也發現了引起棉花落葉的大麗輪枝菌菌系，該菌系的快速蔓延直接導致了上世紀90年代至本世紀初黃萎病在我國的大面積爆發，給棉花生產造成重創。

　　半個多世紀以來，研究人員一直致力于解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機制，圍繞落葉性狀表型鑒定、致病力分化特征、分子進化與基因檢測方法等開展了一系列研究，以期為落葉型大麗輪枝菌的流行監測和預防控制提供理論依據與技術支撐，但一直未有突破。

　　戴小楓團隊應用高通量測序技術解析了來自中國棉花的大麗輪枝菌基因組，通過與來自美國萵苣和荷蘭番茄上大麗輪枝菌基因組比較，發現中國菌株相對于美國和荷蘭的多出一個基因組片段，該片段系從與其長期混生的棉花枯萎病菌中“掠取”（基因水平轉移）而來，從而獲得了對棉花的超強侵染能力。進一步研究發現，該菌獲得這個基因組片段后，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）的合成和轉運。這種化合物一方面干擾棉花體內的磷脂代謝通路，使棉花對一種叫作“脫落酸”的植物內生激素更加敏感；另一方面扮演著與脫落酸相似的作用，使棉花的內源激素系統紊亂，脫落酸不正常的大量合成，最終導致棉花葉片脫落。

　　據介紹，該研究是該團隊繼2017年在《新植物科學家》報道廣譜寄生大麗輪枝菌通過水平轉移獲得專化性侵染能力的關鍵遺傳變異（VdDfs）后發表的又一項重要研究結果，闡明了該遺傳變異調控落葉性狀的分子機制；同時，該研究團隊依據鑒定的遺傳變異開發了大麗輪枝菌分子流行學檢測技術，相關技術已獲9件國家發明ZL。

　　據論文第一作者張丹丹博士透露，經過多年努力，團隊幾年前已在棉花抗黃萎病分子標記輔助育種領域取得重要突破，選育出世界第一個抗病品種并大面積推廣。近年來，在國家農業科技創新工程的支持下，團隊在黃萎病為害機理與抗病分子機理研究等領域，已經從5年前的跟跑歐美到并跑，進而實現目前的領跑。

　　此外，記者還了解到，戴小楓團隊目前正在牽頭組織由國內外14家優勢單位發起“大麗輪枝菌基因組學研究國際大科學計劃”，未來有望從全基因組學、代謝組學與合成生物學角度，較為系統地闡明全球黃萎病病原起源、群體結構及遺傳演化等困擾國際學術界長達百年的重要科學問題。