油菜是我國最重要的油料作物之一，其所產(chǎn)菜籽油是國產(chǎn)植物油的第一大來源。菌核病是我國油菜主產(chǎn)區(qū)最主要的病害，因傳播途徑廣、致病性強(qiáng)，也被稱作油菜“癌癥”，嚴(yán)重影響油菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和菜籽油品質(zhì)。因此，提高油菜菌核病抗性，已成為我國當(dāng)前重要且迫切的育種目標(biāo)之一。

近日，揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授王幼平團(tuán)隊克隆了調(diào)控油菜菌核病抗性的關(guān)鍵基因BnaA07.MKK9，并揭示了該基因調(diào)控油菜菌核病抗性的分子機(jī)制，為深入理解油菜抗菌核病分子機(jī)理奠定基礎(chǔ)，提供了菌核病抗性改良的重要基因資源。相關(guān)研究成果在線刊發(fā)于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》。

攻克油菜“癌癥”刻不容緩

在油菜生長發(fā)育過程中，菌核病是最常見且危害最大的一種病害。據(jù)統(tǒng)計，我國油菜種植區(qū)幾乎每年都會遭受菌核病侵襲。在發(fā)病較輕的地區(qū)，油菜的菌核病發(fā)病率在10％—30％；在發(fā)病較重的地區(qū)，發(fā)病率則可達(dá)80％以上，使得油菜籽嚴(yán)重減產(chǎn)和品質(zhì)下降，造成經(jīng)濟(jì)損失。

油菜菌核病是由核盤菌引發(fā)的真菌病害。核盤菌的寄主范圍非常廣，對環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)。因此，在我國20多個油菜生產(chǎn)省區(qū)市均能發(fā)現(xiàn)菌核病的蹤跡，給油菜的種植和產(chǎn)量帶來極大威脅和挑戰(zhàn)。

王幼平告訴記者，核盤菌主要依靠菌絲侵染寄主。一旦成功入侵，它便會無情地破壞寄主細(xì)胞，汲取細(xì)胞內(nèi)部營養(yǎng)，從而影響油菜自身的抗病防御能力。

“核盤菌可以侵染油菜的多個組織和部位，對成株期莖稈的影響最大。它可造成莖稈腐爛，使其喪失汲取營養(yǎng)的能力，最終導(dǎo)致油菜枯萎?！蓖跤灼秸f。

除了油菜外，大豆、花生等其他油料作物也是菌核病的受害者。王幼平認(rèn)為，盡快找到攻克病害的“利器”刻不容緩。

成功定位并克隆“抗癌”基因

王幼平介紹，為了控制菌核病的危害，目前生產(chǎn)上主要采用栽培管理、化學(xué)及生物防治等方法。然而，栽培管理方法的防治效果往往不盡如人意，生物防治方法成本高昂，化學(xué)防治法有潛在環(huán)境污染風(fēng)險。

“培育抗菌核病油菜品種是防治菌核病最經(jīng)濟(jì)有效的措施。但是目前這一方法還面臨諸多困難，如抗病基因資源尚不充足，抗性基因定位進(jìn)展緩慢，嚴(yán)重限制了菌核病抗性育種進(jìn)程?！蓖跤灼秸f。

為攻克這些難題，王幼平帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行了多年科研攻關(guān)，最終迎來突破性進(jìn)展。他們通過對來自不同地區(qū)的322份油菜材料進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，成功定位并克隆了一個油菜抗菌核病關(guān)鍵基因BnaA07.MKK9。不僅如此，團(tuán)隊在試驗中發(fā)現(xiàn)，該基因的mRNA水平、蛋白水平及翻譯后水平均受核盤菌顯著誘導(dǎo)。

“我們對感染菌核病油菜的BnaA07.MKK9基因進(jìn)行表達(dá)分析時發(fā)現(xiàn)，葉片病斑面積及莖稈病斑長度均顯著減小。而敲除這個基因后，油菜抗病性顯著降低，進(jìn)一步證明該基因在油菜抗菌核病過程中的正調(diào)控作用。”論文第一作者、揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士后林俐說。

為分子育種發(fā)掘更多基因資源

有了新型抗性基因這把“密鑰”，王幼平團(tuán)隊迫不及待地打開了油菜抗性品種選育“寶庫”的大門。

團(tuán)隊對BnaA07.MKK9基因進(jìn)行了單倍型類型分析，發(fā)現(xiàn)其主要有3種單倍型：Hap0、Hap1和Hap2。在田間試驗中，科研人員發(fā)現(xiàn)3種單倍型對菌核病的抗性表現(xiàn)存在差異，其中Hap0的抗性最強(qiáng)，而Hap1的抗性最弱，易感病，團(tuán)隊將這種單倍型稱為感病單倍型。相較于Hap1，Hap0的菌核病抗性提高了30%。這表明該單倍型可能在后期抗性育種中具有較大應(yīng)用潛力。

“更有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)該優(yōu)異單倍型在抗性育種中受到正向選擇。”王幼平解釋，感病單倍型在春性油菜中普遍存在，而早期低硫苷、低芥酸育種的親本供體也屬于感病單倍型。團(tuán)隊推測，低硫苷、低芥酸育種使得油菜種質(zhì)中感病單倍型的占比逐漸增加。

林俐說，BnaA07.MKK9基因及其優(yōu)異單倍型的發(fā)現(xiàn)，為未來抗核菌病的油菜分子育種提供了更多基因資源。

王幼平認(rèn)為，徹底攻克油菜“癌癥”絕非一朝一夕之功。展望未來，他們希望通過蛋白組學(xué)與基因編輯技術(shù)，創(chuàng)建油菜的優(yōu)異單倍型，從而加速抗性分子育種的步伐。同時，團(tuán)隊也將探索通過其他生物技術(shù)手段，將已公布的抗性相關(guān)基因進(jìn)行聚合，獲得高抗油菜新種質(zhì)。（金鳳 王一凡  張雨荷）