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Science:小麦如何丧失对一种致命性真菌的抵抗?

来源:本站原创 2017-07-11 20:53


小麦瘟病,图片来自Paul Bachi。

2017年7月11日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国肯塔基大学等研究机构的研究人员在分子水平上发现一种任其发展可能对小麦造成毁灭性的疾病的重要关联性。相关研究结果发表在2017年7月7日的Science期刊上,论文标题为“Evolution of the wheat blast fungus through functional losses in a host specificity determinant”。肯塔基大学农业、食品与环境学院植物病理学系研究员Mark Farman是这篇论文的共同作者。

从历史上考虑,肯塔基州和整个北美地区的小麦并不容易受到最近出现的一种真菌(它的感染会导致小麦瘟病)的影响。然而,在2011年,肯塔基大学研究人员在肯塔基大学研究与教育中心(位于肯塔基州普林斯顿)的一块研究田地里发现了单个患病的小麦穗。随后,在2016年,一种小麦瘟病流行病席卷整个孟加拉国。今年,这种疾病再次袭击孟加拉国,而且也存在于印度,这就让人担忧小麦瘟病可能很快成为大流行病。这种真菌的突然扩散促使全球加强努力来理解这种疾病和培育抵抗小麦瘟病的小麦品种。

Farman实验室的研究揭示出在2011年收集的这种肯塔基州病原菌与南美洲的小麦瘟病存在遗传上的差异,相反与在美国的一年生黑麦草(annual ryegrass)和高羊茅(tall fescue)上发现的菌株存在非常密切的亲缘关系。这提示着在普林斯顿发现的这种患病的小麦穗不是源自一种外来的病原菌的引入,很可能是通过从牧草到小麦的“宿主跳跃”产生的。相反,他的团队发现2016年的孟加拉国小麦瘟病流行病非常可能是通过引入这种真菌的南美洲菌株产生的。

小麦瘟病是由一种感染小麦穗和阻止小麦种子产生的真菌导致的。就目前而言,小麦栽培品种并没有对这种疾病产生天然的抵抗力,而且作物损失达到100%是比较常见的。杀真菌剂表现出有效的疗效,这是因为这种真菌产生耐药性。

Farman说,“小麦瘟病是在上世纪80年代首次在巴西鉴定出的,而且快速地扩散到周边的国家,包括阿根廷、巴拉圭和玻利维亚。直到最近,这种疾病一直局限于南美洲。”

如今,通过与来自日本和美国的合作者开展合作,Farman发现2011年在肯塔基州收集的小麦瘟病真菌菌株在一个关键基因上发生一种突变。这个基因编码的蛋白在正常情形下被表达一种关键的小麦瘟病抗性蛋白的小麦品种识别。据预测,这种突变破坏这种“好”蛋白的功能,因而允许这种真菌通过避免识别,逃避小麦抗性反应。Farman的合作者们开展的研究在这个相同的基因上鉴定出独立的突变,这些突变可能是这种毁灭性疾病出现的关键事件。

Farman说,“这项研究对导致新的作物疾病出现的突变事件提供重要的新认识。这种信息将有助人们开发具有更持久抗病性的作物品种。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Yoshihiro Inoue, Trinh T. P. Vy, Kentaro Yoshida et al. Evolution of the wheat blast fungus through functional losses in a host specificity determinant. Science, 07 Jul 2017, 357(6346):80-83, doi:10.1126/science.aam9654

Takaki Maekawa, Paul Schulze-Lefert. Caught in the jump. Science, 07 Jul 2017, 357(6346):31-32, doi:10.1126/science.aan8287

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