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『小麦』科研二十载，寻得治愈小麦“癌症”金钥匙

『小麦』科研二十载，寻得治愈小麦“癌症”金钥匙
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□ 本报采访人员 刘一颖 王桂利
本报通讯员 翟荣惠
赤霉病 ， 由镰刀菌真菌感染引起 ， 因在世界范围内极具毁灭性且难防难治 ， 被称为小麦“癌症” ， 重病麦田可致绝收 。 近些年 ， 小麦赤霉病发生面积不断扩大 ， 成为农业领域世界性难题 ， 严重影响全球粮食安全稳定 。
北京时间4月10日 ， 《科学》杂志在线发表的一项科研成果显示 ， 从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出的Fhb7基因 ， 能有效抗小麦赤霉病 。 在保障粮食安全的全球背景下 ， 这一科研成果引发了研究人员的广泛关注 。 而攻克这一“癌症”的 ， 正是山东农业大学孔令让教授团队 。
这是我国小麦研究领域首篇被《科学》杂志采用的文章 ， 也是我国小麦功能基因研究领域首篇发表在国际生命科学顶级科学期刊上的文章 。 美国国家科学院院士、北京大学现代农业研究院首席科学家邓兴旺兴奋地评价其为“一篇非比寻常的宏大论文” 。
从小麦“近亲”中寻得“钥匙”
论文通讯作者、山东农业大学孔令让教授告诉采访人员 ， 小麦赤霉病近年在世界范围内不断流行暴发 。 仅以我国为例 ， 2000年以来 ， 9个年份的赤霉病发生面积超过0.5亿亩 ， 2012年更是超过1.5亿亩 ， 占全国小麦种植面积超四成 。 今年赤霉病流行风险依然较高 。
【『小麦』科研二十载，寻得治愈小麦“癌症”金钥匙】攻克赤霉病 ， 培育与利用抗病品种是首要选择 。
“早在半个多世纪前 ， 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 。 ”长期从事小麦抗赤霉病育种的中国工程院院士程顺和分析 。
中国工程院院士、西北农林科技大学康振生教授认为 ， 小麦基因组的庞大以及小麦-真菌互作的复杂性 ， 导致了科研工作者对小麦抗赤霉病机制的了解十分有限 。
而小麦近缘植物长穗偃麦草携带抗病、抗逆、优质等许多优异基因 ， 是小麦品种改良的优异基因资源 。 自1985年起 ， 孔令让开始从事长穗偃麦草、八倍体小偃麦与小麦的远缘杂交研究 ， 2000年左右首次在长穗偃麦草7E染色体长臂末端发现小麦抗赤霉病主效基因Fhb7 。 “但限于当时的技术和条件 ， 抗赤霉病基因分子标记和克隆工作进展缓慢 。 但我们团队始终没有放弃这一梦想 。 ”
20年来 ， 孔令让带领团队经过初定位、精细定位、图位克隆、抗病分子机制解析等长期探索 ， 成功将该抗病基因转移至小麦品种中 ， 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 ， 为解决赤霉病世界性难题找到了一把“金钥匙” 。
Fhb7基因如何“解毒”
那么 ， Fhb7基因究竟是如何“抗击”小麦赤霉病的？研究团队通过系列分子实验和高分辨质谱分析发现 ， Fhb7基因编码一种谷胱甘肽S-转移酶 ， 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 ， 因此赋予小麦抗赤霉病功能 。
论文共同通讯作者和第一作者王宏伟副教授向采访人员详细介绍了研究成果的五个发现：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基因对很多镰刀菌属病原菌具有广谱抗性 。
在深入研究的过程中 ， 团队发现了一个令人惊奇的科学现象——整个植物界没有发现Fhb7的同源基因 ， 反而在“香柱内生真菌”中发现了高度同源基因 。
论文并列第一作者孙思龙副教授分析：“该基因很可能是通过基因水平转移 ， 从香柱内生真菌整合进了长穗偃麦草基因组 ， 从而进化出抗镰刀菌属病原菌感染的功能 。 ”邓兴旺认为 ， 这是一个极其罕见的生物基因跨界转移现象 ， 值得进一步深入研究 ， 以探讨植物抗病基因和基因组进化新机制 。


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