我國科學家揭示「癌症」導致棉花落葉原因 為研發新「剋星」提供依據

近日，中國農業科學院農產品加工研究所所長戴小楓研究員領銜的有害生物防控創新團隊，經過多年研究發現了棉花黃萎病病原─大麗輪枝菌引起植物落葉的分子機制。該項研究將為棉花等經濟作物黃萎病（棉花的「癌症」）病原的分子流行監測預報、抗病品種選育和新型生防藥劑（「剋星」）研發提供理論依據。

大麗輪枝菌是一種毀滅性的通過土壤傳播的病原真菌，它能破壞植物的水分和養分運輸系統，迅速造成植物黃化萎焉枯死，曾與馬鈴薯晚疫病並列為世界頭號檢疫對象。上世紀60年代，在美國發現它能使棉花落葉而造成絕產。上世紀80年代，我國在棉花上也發現了引起棉花落葉的大麗輪枝菌菌系，該菌系的快速蔓延直接導致了上世紀90年代至本世紀初黃萎病在我國的大面積爆發，給棉花生產造成重創。

戴小楓研究員介紹，該病菌寄主非常廣泛，能侵染8科600多種植物，包括馬鈴薯、茄子、辣椒、萵苣、番茄、草莓等重要經濟作物，以及牡丹、菊花、金銀花等中藥材和觀賞植物香山紅葉（黃櫨）等，全球範圍內由大麗輪枝菌引起的黃萎病每年造成愈千億美元的直接經濟損失，在我國僅在棉花上造成的直接經濟損失每年就達一百多億美元。

半個多世紀以來，研究人員一直致力於解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機制，圍繞落葉性狀表型鑒定、致病力分化特徵、分子進化與基因檢測方法等開展了一系列研究，以期為落葉型大麗輪枝菌的流行監測和預防控制提供理論依據與技術支撐，但一直未有突破。

戴小楓團隊應用高通量測序技術解析了來自中國棉花的大麗輪枝菌基因組，通過與來自美國萵苣和荷蘭番茄上大麗輪枝菌基因組比較，發現中國菌株相對於美國和荷蘭的多出一個基因組片段，該片段系從與其長期混生的棉花枯萎病菌中「掠取」（基因水準轉移），從而獲得了對棉花的超強侵染能力。進一步研究發現，該菌獲得這個基因組片段後，編碼的功能基因直接參與了引起落葉化合物（N-醯基乙醇胺）的合成和轉運。這種化合物一方面干擾棉花體內的磷脂代謝通路，使棉花對一種叫作「脫落酸」的植物內生激素更加敏感；另一方面扮演著與脫落酸相似的作用，使棉花的內源激素系統紊亂，脫落酸不正常的大量合成，最終導致棉花葉片脫落。據了解，這些突破性的研究進展近來先後兩次登上了國際著名植物學期刊《新植物科學家（New Phytologist）》上，在國際學術界引起了廣泛關注和影響。

據論文第一作者張丹丹博士透露，經過二十多年的不懈努力，團隊幾年前已在棉花抗黃萎病分子標記輔助育種領域取得領先世界的突破，選育出世界第一個抗病品種並大面積推廣。近年來，在國家農業科技創新工程的支持下，團隊在黃萎病為害機理與抗病分子機理研究等領域，已經從5年前的跟跑歐美到並跑，進而實現目前的領跑。本項研究將為今後開展落葉型病原分子流行監測、抗病品種選育和新型生防藥劑研發等提供堅實的理論基礎。

據悉，戴小楓團隊目前正在牽頭組織由國內外14家優勢部門發起「大麗輪枝菌基因組學研究國際大科學計劃」，未來有望從全基因組學、代謝組學與合成生物學角度，較為系統地闡明全球黃萎病病原起源、群體結構及遺傳演化等困擾國際學術界長達百年的重要科學問題。