克隆关键基因，帮助油菜“抗癌”

2024-07-24 09:37 由科技日报发表于 #健康

◎本报记者金凤

通讯员王一凡张雨荷

油菜是我国最重要的油料作物之一，其所产菜籽油是国产植物油的第一大来源。菌核病是我国油菜主产区最主要的病害，因传播途径广、致病性强，也被称作油菜“癌症”，严重影响油菜高产稳产和菜籽油品质。因此，提高油菜菌核病抗性，已成为我国当前重要且迫切的育种目标之一。

近日，扬州大学生物科学与技术学院教授王幼平团队克隆了调控油菜菌核病抗性的关键基因BnaA07.MKK9，并揭示了该基因调控油菜菌核病抗性的分子机制，为深入理解油菜抗菌核病分子机理奠定基础，提供了菌核病抗性改良的重要基因资源。相关研究成果在线刊发于国际学术期刊《自然·通讯》。

攻克油菜“癌症”刻不容缓

在油菜生长发育过程中，菌核病是最常见且危害最大的一种病害。据统计，我国油菜种植区几乎每年都会遭受菌核病侵袭。在发病较轻的地区，油菜的菌核病发病率在10％—30％；在发病较重的地区，发病率则可达80％以上，使得油菜籽严重减产和品质下降，造成经济损失。

油菜菌核病是由核盘菌引发的真菌病害。核盘菌的寄主范围非常广，对环境的适应性很强。因此，在我国20多个油菜生产省区市均能发现菌核病的踪迹，给油菜的种植和产量带来极大威胁和挑战。

王幼平告诉记者，核盘菌主要依靠菌丝侵染寄主。一旦成功入侵，它便会无情地破坏寄主细胞，汲取细胞内部营养，从而影响油菜自身的抗病防御能力。

“核盘菌可以侵染油菜的多个组织和部位，对成株期茎秆的影响最大。它可造成茎秆腐烂，使其丧失汲取营养的能力，最终导致油菜枯萎。”王幼平说。

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。王幼平认为，尽快找到攻克病害的“利器”刻不容缓。

成功定位并克隆“抗癌”基因

王幼平介绍，为了控制菌核病的危害，目前生产上主要采用栽培管理、化学及生物防治等方法。然而，栽培管理方法的防治效果往往不尽如人意，生物防治方法成本高昂，化学防治法有潜在环境污染风险。

“培育抗菌核病油菜品种是防治菌核病最经济有效的措施。但是目前这一方法还面临诸多困难，如抗病基因资源尚不充足，抗性基因定位进展缓慢，严重限制了菌核病抗性育种进程。”王幼平说。

为攻克这些难题，王幼平带领团队进行了多年科研攻关，最终迎来突破性进展。他们通过对来自不同地区的322份油菜材料进行全基因组关联分析，成功定位并克隆了一个油菜抗菌核病关键基因BnaA07.MKK9。不仅如此，团队在试验中发现，该基因的mRNA水平、蛋白水平及翻译后水平均受核盘菌显著诱导。

“我们对感染菌核病油菜的BnaA07.MKK9基因进行表达分析时发现，叶片病斑面积及茎秆病斑长度均显著减小。而敲除这个基因后，油菜抗病性显著降低，进一步证明该基因在油菜抗菌核病过程中的正调控作用。”论文第一作者、扬州大学生物科学与技术学院博士后林俐说。

为分子育种发掘更多基因资源

有了新型抗性基因这把“密钥”，王幼平团队迫不及待地打开了油菜抗性品种选育“宝库”的大门。

团队对BnaA07.MKK9基因进行了单倍型类型分析，发现其主要有3种单倍型：Hap0、Hap1和Hap2。在田间试验中，科研人员发现3种单倍型对菌核病的抗性表现存在差异，其中Hap0的抗性最强，而Hap1的抗性最弱，易感病，团队将这种单倍型称为感病单倍型。相较于Hap1，Hap0的菌核病抗性提高了30%。这表明该单倍型可能在后期抗性育种中具有较大应用潜力。

“更有趣的是，我们发现该优异单倍型在抗性育种中受到正向选择。”王幼平解释，感病单倍型在春性油菜中普遍存在，而早期低硫苷、低芥酸育种的亲本供体也属于感病单倍型。团队推测，低硫苷、低芥酸育种使得油菜种质中感病单倍型的占比逐渐增加。

林俐说，BnaA07.MKK9基因及其优异单倍型的发现，为未来抗核菌病的油菜分子育种提供了更多基因资源。

王幼平认为，彻底攻克油菜“癌症”绝非一朝一夕之功。展望未来，他们希望通过蛋白组学与基因编辑技术，创建油菜的优异单倍型，从而加速抗性分子育种的步伐。同时，团队也将探索通过其他生物技术手段，将已公布的抗性相关基因进行聚合，获得高抗油菜新种质。