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近日，山東農(nóng)業(yè)大學科研團隊經(jīng)過長期努力，首次從小麥近緣植物長穗偃麥草中克隆出抗赤霉病基因Fhb7，并揭示了其抗病分子機制。攜帶該基因的材料已被多家單位用于小麥育種，表現(xiàn)出穩(wěn)定的赤霉病抗性。這一發(fā)現(xiàn)為解決小麥赤霉病世界性難題找到了“金鑰匙”。北京時間4月10日，國際知名學術期刊《科學》（Science）在線發(fā)表這一重要突破。

小麥赤霉病別名麥穗枯、爛麥頭、紅麥頭，被稱為小麥“癌癥”，是全球小麥生產(chǎn)中面臨的重大病害，也是威脅世界糧食生產(chǎn)和食品安全的重大難題。該病由鐮刀菌屬真菌侵染而產(chǎn)生，可導致小麥減產(chǎn)10%—20%，嚴重時達80%—90%，重病田可致絕收。感染赤霉病的小麥籽粒干癟，淀粉與蛋白質含量降低，出粉率降低，濕面筋含量減少。更為重要的是，其產(chǎn)生的嘔吐毒素嚴重污染食品和飼料，被世界衛(wèi)生組織定為天然存在的最危險的食品污染物，可引起人畜中毒。嘔吐毒素同時可在人和哺乳動物體內(nèi)逐漸積累，誘發(fā)免疫功能下降等慢性毒副作用。

小麥赤霉病，資料圖片

長穗偃麥草，資料圖片

據(jù)中國工程院院士、長期致力于小麥赤霉病研究的作物遺傳育種學家程順和介紹，小麥赤霉病是世界范圍內(nèi)極具毀滅性且防治困難的真菌病害，培育與利用抗病品種是首要選擇。但是，受制于理論認知和技術水平，半個多世紀以來，關于赤霉病的研究全球鮮有突破性進展，特別是小麥種質資源中可用的主效抗赤霉病基因非常稀少。

團隊負責人、山東農(nóng)業(yè)大學孔令讓教授向記者介紹，其團隊經(jīng)過20年持續(xù)研究，發(fā)現(xiàn)小麥近緣植物長穗偃麥草7E染色體長臂末端攜帶抗赤霉病主效基因，并在國際上統(tǒng)一命名為Fhb7。歷經(jīng)抗病基因初定位、精細定位、圖位克隆、抗病分子機制解析等長期探索，團隊最終成功將該基因轉移至小麥品種，并明確了其在小麥抗病育種中的穩(wěn)定抗性和應用價值。研究同時表明，F(xiàn)hb7基因對很多鐮刀菌屬病原菌具有廣譜抗性，攜帶該基因的小麥品系在抗赤霉病的同時，對小麥另一重大病害莖基腐病也表現(xiàn)出了明顯抗性。

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系小麥創(chuàng)新團隊首席專家、“泰山學者”特聘教授、山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院院長孔令讓

幾年來，科研團隊已將攜帶Fhb7基因的小麥種質材料分發(fā)到30多家育種單位，用于小麥赤霉病抗性的遺傳改良，并在山東、河南、江蘇、安徽等小麥主產(chǎn)區(qū)進行了廣泛試驗。表型調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在多種遺傳背景下，F(xiàn)hb7基因能顯著提高小麥對赤霉病的抗性，同時對產(chǎn)量無負面影響。目前，攜帶Fhb7基因的多個小麥新品系已經(jīng)進入國家、安徽省、山東省預備試驗和區(qū)域試驗，并被納入我國小麥良種聯(lián)合攻關計劃，為從源頭上解決小麥赤霉病問題提供了解決方案。“該研究成果同時表明，F(xiàn)hb7基因可以有效分解嘔吐毒素，產(chǎn)生解毒效應，這一特性有望在糧食深加工和飼料工業(yè)中得到廣泛應用。”美國國家科學院院士、北京大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院首席科學家鄧興旺說。

抗赤霉病基因Fhb7的轉移利用

Fhb7的跨物種轉移和抗赤霉病分子機理

Fhb7基因的發(fā)現(xiàn)和抗病機制解析對水稻、玉米等作物育種同樣具有重要意義。中國工程院院士、“雜交水稻之父”袁隆平表示，F(xiàn)hb7基因是禾谷類作物種質改良和創(chuàng)新的難得基因，其在育種領域的推廣應用，將有力提升我國農(nóng)作物種質資源創(chuàng)新水平，為產(chǎn)業(yè)提質增效、確保國家糧食安全提供重要保障。

文章來源： 山東農(nóng)業(yè)大學

中國植物學會