我科学家率先揭示棉花“癌症”落叶原因分子机理

为有效防治提供依据

1月6日，《中国科学报》记者从中国农业科学院农产品加工所获悉，由该所研究员戴小枫领衔的加工有害生物创新团队日前在大丽轮枝菌寄主适应性进化研究方面取得重要进展，首次阐明了大丽轮枝菌引起棉花等寄主落叶的分子机制。相关研究成果已于1月4日在线发表于国际知名植物学期刊《新植物科学家》（New Phytologist）上。

大丽轮枝菌是引起棉花“癌症”——黄萎病的病原。戴小枫说，该项研究将为棉花等经济作物黄萎病病原的分子流行监测预报、抗病品种选育和新型生防药剂研发提供理论依据。

作为一种毁灭性的、可通过土壤传播的病原真菌，大丽轮枝菌能破坏植物的水分和养分运输系统，迅速造成植物黄化萎焉枯死，曾与马铃薯晚疫病并列为世界头号检疫对象。上世纪60年代，在美国发现它能使棉花落叶而造成绝产。上世纪80年代，我国在棉花上也发现了引起棉花落叶的大丽轮枝菌菌系，该菌系的快速蔓延直接导致了上世纪90年代至本世纪初黄萎病在我国的大面积爆发，给棉花生产造成重创。

半个多世纪以来，研究人员一直致力于解析大丽轮枝菌引起植物落叶的遗传机制，围绕落叶性状表型鉴定、致病力分化特征、分子进化与基因检测方法等开展了一系列研究，以期为落叶型大丽轮枝菌的流行监测和预防控制提供理论依据与技术支撑，但一直未有突破。

戴小枫团队应用高通量测序技术解析了来自中国棉花的大丽轮枝菌基因组，通过与来自美国莴苣和荷兰番茄上大丽轮枝菌基因组比较，发现中国菌株相对于美国和荷兰的多出一个基因组片段，该片段系从与其长期混生的棉花枯萎病菌中“掠取”（基因水平转移）而来，从而获得了对棉花的超强侵染能力。进一步研究发现，该菌获得这个基因组片段后，编码的功能基因直接参与了引起落叶化合物（N-酰基乙醇胺）的合成和转运。这种化合物一方面干扰棉花体内的磷脂代谢通路，使棉花对一种叫作“脱落酸”的植物内生激素更加敏感；另一方面扮演着与脱落酸相似的作用，使棉花的内源激素系统紊乱，脱落酸不正常的大量合成，最终导致棉花叶片脱落。

据介绍，该研究是该团队继2017年在《新植物科学家》报道广谱寄生大丽轮枝菌通过水平转移获得专化性侵染能力的关键遗传变异（VdDfs）后发表的又一项重要研究结果，阐明了该遗传变异调控落叶性状的分子机制；同时，该研究团队依据鉴定的遗传变异开发了大丽轮枝菌分子流行学检测技术，相关技术已获9件国家发明专利。

据论文第一作者张丹丹博士透露，经过多年努力，团队几年前已在棉花抗黄萎病分子标记辅助育种领域取得重要突破，选育出世界第一个抗病品种并大面积推广。近年来，在国家农业科技创新工程的支持下，团队在黄萎病为害机理与抗病分子机理研究等领域，已经从5年前的跟跑欧美到并跑，进而实现目前的领跑。

此外，记者还了解到，戴小枫团队目前正在牵头组织由国内外14家优势单位发起“大丽轮枝菌基因组学研究国际大科学计划”，未来有望从全基因组学、代谢组学与合成生物学角度，较为系统地阐明全球黄萎病病原起源、群体结构及遗传演化等困扰国际学术界长达百年的重要科学问题。