■齐鲁晚报·齐鲁壹点记者侯海燕通讯员翟荣惠

小麦赤霉病，是世界范围内极具毁灭性且防治困难的真菌病害，有小麦“癌症”之称。山东农业大学孔令让团队经过20年持续研究，首次从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病基因Fhb7，并揭示了其抗病分子机制。目前，已有30多家单位利用这些材料进行小麦抗赤霉病遗传改良，并在山东、河南、江苏、安徽等地广泛试验，结果表现良好。这一发现为解决小麦赤霉病世界性难题找到了“金钥匙”。4月10日，国际知名学术期刊《科学》（Science）在线发表了这一重要突破。

从“近亲”物种中寻到关键基因能使赤霉病病情指数降低超过30%

小麦赤霉病别名麦穗枯、烂麦头、红麦头，是全球小麦生产中面临的重大病害，也是威胁世界粮食生产和食品安全的重大难题，被称为小麦“癌症”。对农民来说，这种病防不胜防，麦田一旦被感染，通常减产10%—20%，严重时达80%—90%，重病麦田可致绝收。

小麦赤霉病，资料图片

长穗偃麦草，资料图片

“感染赤霉病的小麦籽粒干瘪，淀粉与蛋白质含量降低，出粉率低，湿面筋含量少，当病麦率达到4%以上，就失去了食用价值。产量和品质下降的同时，以其为原料制作的食品和饲料更严重威胁人畜健康。”4月10日，论文第一作者、山东农业大学农学院副教授王宏伟对齐鲁晚报·齐鲁壹点记者介绍，更为重要的是，其产生的呕吐毒素严重污染食品和饲料，被世界卫生组织定为天然存在的最危险的食品污染物，可引起人畜中毒。呕吐毒素同时可在人和哺乳动物体内逐渐积累，诱发免疫功能下降等慢性毒副作用。

“根除小麦赤霉病，培育与利用抗病品种是首要选择，过去科学家们已在全球范围内对数以万计的小麦品种进行了筛选。受制于理论认知和技术水平，半个多世纪以来，关于赤霉病的研究全球鲜有突破性进展，特别是小麦种质资源中可用的主效抗赤霉病基因非常稀少。”长期从事小麦抗赤霉病研究的山东农业大学农学院教授、山东省现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家孔令让教授说。事实上，人们至今未发现赤霉病免疫的小麦种质资源。目前国际上鉴定并命名的7个抗赤霉病主效基因并非全部有着高效的抗病性，有些尽管有抗病性，却是以牺牲产量为代价。由于小麦有着庞大的基因组及小麦—真菌互作的复杂性，科研工作者对小麦抗赤霉病机制的了解十分有限。

小麦近缘植物——长穗偃麦草是小麦的“近亲”，恰好它具有携带抗病、抗逆、优质等许多优异基因，孔令让团队利用远缘杂交技术，将这些优良的外源基因转移到小麦上。

“我们获得的抗赤霉病基因Fhb7就来源于长穗偃麦草，随后通过群体遗传分析表明，这个基因使得赤霉病病情指数降低超过30%，是高效抗性基因。”孔令让教授说，这个成果为解锁赤霉病这一世界性难题找到了“金钥匙”。

香柱内生真菌发现同源基因Fhb7的抗病机理被层层解密

Fhb7基因究竟是如何“抗击”小麦赤霉病的？齐鲁晚报·齐鲁壹点记者采访中了解到，孔令让研究团队采用传统图位克隆、细胞遗传学、突变体筛选和转基因等技术，对其进行了充分的功能性验证。

系列分子实验和高分辨质谱分析表明，Fhb7基因编码一种谷胱甘肽S—转移酶，可以打开呕吐毒素的环氧基团，并催化其形成谷胱甘肽加合物，从而产生解毒效应。

产生呕吐毒素是小麦赤霉病危害严重的重要因素之一。“引起小麦赤霉病的病原菌分泌的单端孢霉烯族毒素中，呕吐毒素最为普遍，在谷物中含量最高，被世界卫生组织定为天然存在的最危险的食品污染物，也是制约我国及世界粮食和食品安全的重要因素。”孔令让说。

Fhb7基因如此关键，它究竟从何而来？在追溯其进化历史时，研究人员一度迷惑。因为他们通过基因组序列比较分析，在整个植物界都没有发现Fhb7的同源基因。

“但我们在基因物理图谱中发现了Fhb7的基因序列，这说明该基因的确真实存在，并非是实验操作时被‘污染’而产生的。”论文并列第一作者、山东农业大学农学院副教授孙思龙告诉记者。随后，他们终于在偃麦草的共生菌——香柱内生真菌中发现了同源基因，同源性高达97%。

文章来源：《农业与技术》 网址: http://www.nyyjszzs.cn/zonghexinwen/2020/0827/745.html