挖掘抗病基因 治疗小麦“癌症”

南农团队在攻克小麦赤霉病这一世界性难题领域取得重要突破

挖掘抗病基因 治疗小麦“癌症”

□ 南京日报/紫金山新闻记者 李花 通讯员 许天颖

小麦喜丰收，农人喜开颜，其背后有着一群科研人员的默默奉献。近日，记者从南京农业大学获悉，该校有这样一支团队，他们为了解决小麦“癌症”赤霉病的世界性难题，围绕抗赤霉病育种中“选什么基因、用什么亲本、怎么选”的瓶颈问题连续攻关了20余年。

“小麦抗赤霉病研究一直是热点，也是世界公认的难题。”国家杰出青年科学基金获得者、教育部长江学者奖励计划特聘教授、团队负责人马正强教授表示，小麦赤霉病是由多种镰刀菌真菌引起的小麦病害，高产抗赤霉病育种一直难以突破。1998年，留学回国的马正强选定了小麦赤霉病抗性这个极其重要的复杂育种性状，以抗病遗传基础解析、抗病基因挖掘、优异种质创新和育种利用为团队的主攻方向。

长江中下游一直是小麦赤霉病重发区，长期的高压环境孕育了一批以江苏溧阳“望水白”为代表的高抗赤霉病地方品种。它和上世纪70年代由江苏太湖地区农科所育成的“苏麦三号”，至今仍是世界上最好的抗赤霉病种质。

然而，几乎所有赤霉病抗源都存在育种中难以利用的问题。以“望水白”为例，虽然被称为小麦中的“美女”，“身材”高挑细瘦，但这是个带有瑕疵的性状：抗性好但产量低，极易倒伏，哪怕微风吹过，都会东倒西歪。团队要做的，就是挖掘出“望水白”中有用的基因，摒弃不良的累赘。

抗赤霉病与高产、优质等其他育种目标往往难以兼顾，抗性鉴定条件苛刻、表型选择效率低等问题难倒了不少同行。团队骨干、国家重大人才工程入选者贾海燕教授介绍，要想成功利用这些抗源，必须明确其抗性受多少基因控制、基因所在的位置和效应、抗病的机制是什么、抗病基因是否影响其他育种目标性状。

只有将这些谜团层层拨开，才有可能解决抗赤霉病育种中存在的困难。于是，团队开始了一场艰苦的科研跋涉。

抗性鉴定实验，需要在麦田里练就“绣花功夫”。“对赤霉病抗性这个性状，必须通过大规模、有重复的接种鉴定才能获得可信的数据。”团队骨干、国家优秀青年科学基金获得者李国强教授介绍，在田间鉴定时，如果碰上小麦扬花期雨水少或者气温偏低，当年的努力可能就徒劳无功。

接种鉴定通常是每年3月底开始持续到5月底。针对不同的抗性类型还需要采用不同的接种方法。接种一定时间之后，科研人员需要调查每个接种穗子的病节长度、病小穗数，或者一定面积的病穗数。

记者来到了一块大约2000平方米的鉴定圃大棚，映入眼帘的是小麦植株上挂着的几十万个五颜六色的吊牌。据介绍，不同的吊牌颜色和形状记录着不同的接种时间。因为各个材料的开花期不同，接种工作通常要持续半个多月。5种颜色不够用的话，科研人员就通过剪角的方式来区分。

贾海燕告诉记者，在这期间，研究人员都是天刚亮就赶到地里。由于工作量太大，为了完成当天的工作，田间地头就是餐桌，手机照明加班接种是家常便饭。

在20多年的科研跋涉后，团队克隆了小麦中目前已知的最重要抗赤霉病基因Fhb1，该基因具有最强的抗扩展效应，还可降低籽粒中真菌毒素的积累。2019年，部分研究成果发表在国际遗传学权威期刊《自然—遗传学》上。这对小麦抗赤霉病研究而言，是质的飞跃。据了解，根据综合性状表现和抗不同小麦病害的能力，团队已创造了三代抗赤霉病种质和育种材料。小麦专家赵振东院士评价，“团队在抗赤霉病小麦育种已走在世界前列。”

马正强表示，对小麦赤霉病这种由兼性寄生真菌引起的病害来讲，现有的进展只是万里长征的第一步。要根治小麦“癌症”赤霉病，还需要多学科交叉和紧密合作，丰富抗病基因库和育种材料的多样性，阐明抗病机制，进一步创新育种方法和防治策略。