與棉花「癌症」「死磕到底」，中科院微生物所有望攻克植物黃萎病

郭惠珊8年前的那個心愿終於實現了。9月26日，《自然—植物》雜誌發表了郭惠珊團隊的新成果，該研究揭示了他們利用基因「小剪刀」——RNAi創建的抗黃萎病棉花新品系，來有效狙擊棉花「癌症」黃萎病的秘密。

2008年8月，中科院微生物所研究員郭惠珊第一次在新疆看到綿延不斷的棉田。然而，她看到的不是令人欣喜的豐收景象，而是一片枯黃，遍地落葉，還有棉農絕望的面孔。這一幕像釘子一樣扎在她心裡，讓她瘋狂地想了解黃萎病究竟是怎麼一回事。

最近，郭惠珊團隊先後發表了3篇文章，他們首次在全球揭示了黃萎病真菌如何「敲開」進入棉花體內的「大門」；首次運用新型基因沉默技術——RNAi基因「小剪刀」阻止進入棉花體內的病菌肆意擴散，並在陸地棉中培育出對黃萎病抗性較高的棉花新品系。

「這些研究理清了黃萎病致病機理，並創建新的抗病技術，對於減輕病害，提高棉花產量、改善棉纖維品質，對實現脫貧致富和社會穩定發展提供了科技支撐，是實現從理論研究走嚮應用，突破行業技術瓶頸的典型範例。」微生物所副所長東秀珠評價說。

揭示真菌如何進入棉花體內

「棉花黃萎病會造成棉花植株葉片、蕾鈴乾枯脫落，產量嚴重損失。」9月26日，郭惠珊在接受《中國科學報》記者採訪時說。

我國棉花年產量600萬~800萬噸，約佔世界總產量30%，居全球首位，受黃萎病危害最為嚴重。作為中國最大的優質棉生產基地，2015年新疆棉花種植面積達3400餘萬畝，但黃萎病發病面積超過50%。

然而，由於引起該病害的病原在土壤40厘米的土層生活，且變異頻繁，傳統殺菌劑和化學藥劑防治難以奏效。而且其寄主多達120餘種植物，傳統輪作抗病模式短期效果也不理想。

抗病先要找到致病機理，課題組通過反覆試驗最終揭開了黃萎病菌的「遮羞布」，在全球首次揭示了黃萎病的「罪魁禍首」——大麗輪枝菌的侵染結構。

「大麗輪枝菌是一種半活體寄生的真菌，平時以微菌核的形式在土壤里潛伏。一旦接觸到植物組織，它們就會像變形金剛一樣，產生『釘子』狀的侵染結構，擊穿植物的細胞壁，鑽入根維管組織內部，然後逐步佔領整個維管組織，導致植物萎蔫生病。」郭惠珊解釋說。

「然後，它又開始利用死亡的植株腐生，在植物養分被耗盡後，回到地下，等待機會開始新一輪危害。」郭惠珊說。

「小剪刀」讓致病基因沉默

防治棉花黃萎病最有效的方法是利用抗病品種。然而，我國大部分棉區90%以上的栽培品種屬於陸地棉，由於缺乏抗病種質資源，抗黃萎病種質創新舉步維艱。

郭惠珊團隊另闢蹊徑，採用RNAi對這個狡猾的植物「殺手」展開了攻擊，設法研製新的陸地棉抗病品系。

RNAi是雙鏈RNA產生的一小段RNA，可以對同源靶標RNA進行切割或抑制轉譯，郭惠珊將其比作基因的「小剪刀」。東秀珠介紹說：「這種新型基因沉默技術就像打靶，打到哪裡，就不再讓目標靶基因發作。」

就是用這把「小剪刀」，研究人員利用RNAi技術，在早熟陸地棉中培育出了抗黃萎病的新品系，經鑒定，其抗黃萎病性相對對照品種提高了22.25%。相關成果今年6月發表於《分子植物》。

「通過RNA干擾技術，棉花可以讓大麗輪枝菌進入其體內，但不會讓它通過棉花的維管束系統正常擴展，不會讓它走到棉花的每個細胞。」郭惠珊課題組博士後高峰補充說。

在中科院先導專項B類評審會上，陳宜瑜院士、匡廷雲院士等認為，這項研究意義重大，有很大的應有價值。

新品系自帶「跨界」抗病療效

那麼，新棉花抗病品系是如何抵抗黃萎病的呢？課題組進一步研究發現，抗病性較好的植物會誘導積累一類植物內源小核糖核酸（miRNAs），它們能夠跨越植物和病菌之間的界限，轉運到病菌細胞中，降解病菌的致病基因，從而達到抗病的效果。這項發表於《自然—植物》的研究首次證明了，植物—真菌跨界小RNA誘導病原靶基因沉默的抗病新途徑的存在。它為HIGS技術在棉花抗黃萎病的有效應用提供了重要的理論支持，也為將來宿主—病原菌互作研究開闢了一個新領域。

「郭老師針對植物病理學進行的研究屬於一個重大的基礎戰略問題。」微生物所植物基因學國家重點實驗室副主任錢韋說，中國用世界上7%的土地養活了世界上30%的人口，其代價是我國農藥施用量也佔全球的30%。他認為，用農藥殺滅病菌、昆蟲已經走到了窮途末路。

「植物病理學家都有一個夢想，發展綠色農業。」錢韋認為，郭惠珊課題組此項研究的意義在於，首次發現了「寄主把自己的小RNA打入真菌體內，來控制真菌的生理活動」的方法。相當於利用了植物已有的免疫系統，加入了RNAi「小剪刀」，提高了棉花的抗病能力。

「這是重大基礎研究真正帶動了重大技術障礙的突破的範例。」錢韋說，「中國正在討論基礎研究要不要投那麼多？是不是白花錢？事實上並非如此，好的基礎研究就是最好的技術。」

不過，在郭惠珊看來，這只是萬里長征的第一步。「這只是利用一個『小剪刀』將棉花的抗黃萎病水平提高了22.5%，是『0到1』的工作。」她表示，未來還有從1~100的工作需要完成，她將與黃萎病「死磕到底」。接下來，團隊將建立各種各樣的高效RNAi「小剪刀」靶標庫，篩選出更多更高效的抗黃萎病棉花新品系，讓更多新疆的棉農能夠早擺脫黃萎病帶來的痛苦。

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