棉花“癌症”或将被攻克

我国科学家揭示大丽轮枝菌引起植物落叶的分子机制——

日前，由中国农业科学院农产品加工研究所所长戴小枫领衔的有害生物防控创新团队，发现了棉花黄萎病病原——大丽轮枝菌引起植物落叶的分子机制。此项成果于2019年1月4日在线发表在国际**植物学期刊《新植物科学家（New　Phytologist）》上。 

据悉，该项研究将为棉花等经济作物黄萎病（棉花的“癌症”）病原的分子流行监测预报、抗病品种选育和新型生防药剂（“克星”）研发提供理论依据。

据戴小枫介绍，早在152 0173 3840年，德国科学家就首次发现了大丽轮枝菌，这是一种通过土壤传播的病原真菌，它能破坏植物的水分和养分运输系统，迅速造成植物黄化萎焉枯死，曾与马铃薯晚疫病并列为世界头号检疫对象。

1929年，大丽轮枝菌已经在美国主要农业大州广泛传播，1935年因棉种引进，这种真菌从美国传入中国。该菌系的快速蔓延直接导致了上世纪90年代至本世纪初黄萎病在我国的大面积爆发，给棉花生产造成重创。

目前，每年在棉花上造成的经济损失仍然高达一百多亿美元。

更为可怕的是，大丽轮枝菌的寄主具有广谱性，它能侵染8科600多种植物，包括马铃薯、茄子、辣椒、莴苣、番茄、草莓等重要经济作物，以及牡丹、菊花、金银花等中药材和观赏植物香山红叶（黄栌）等，全球范围内由大丽轮枝菌引起的黄萎病每年造成愈千亿美元的直接经济损失。

半个多世纪以来，全世界的农业科研工作者一直致力于解析大丽轮枝菌引起植物落叶的遗传机制，围绕落叶性状表型鉴定、致病力分化特征、分子进化与基因检测方法等开展了一系列研究，以期为落叶型大丽轮枝菌的流行监测和预防控制提供理论依据与技术支撑，但一直未有突破。

戴小枫团队从上世纪90年代就开始了相关领域的研究工作，他们应用高通量测序技术解析了来自中国棉花的大丽轮枝菌基因组，通过与来自美国莴苣和荷兰番茄上大丽轮枝菌基因组的比较，发现中国大丽轮枝菌菌株相对于美国和荷兰的多出一个基因组片段，而该片段恰恰是从棉花的另一种病菌——枯萎病菌中“掠取”（基因水平转移）过来的。

“也就是说，大丽轮枝菌获得了枯萎病的部分基因片段，从而对棉花具有了更强的侵染能力。”戴小枫说。

随着研究的进一步深入，团队发现，“掠夺”来的基因片段包含7个基因（称之为VdDf1到VdDf7）。戴小枫形象地把它们称为一个“小团队”，在这个团队里，每个“队员”各司其职，它们有的负责转录调控因子，有的负责编码转运蛋白。其中，*关键的两名“成员”负责编码聚酮合成酶（VdDf5和VdDf6），而这种酶是引起寄主落叶的关键功能基因。

“VdDf5和VdDf6相当于这个团队的核心人物，如果没有它们，这个团队将无法正常行动。”戴小枫指出。

当大丽轮枝菌获得这个基因组片段后，编码的功能基因直接参与了引起落叶化合物（N－酰基乙醇胺）的合成和转运。这种化合物一方面干扰棉花体内的磷脂代谢通路，使棉花对一种叫作“脱落酸”的植物内生激素更加敏感；另一方面扮演着与脱落酸相似的作用，使棉花的内源激素系统紊乱，脱落酸不正常的大量合成，*终导致棉花叶片脱落。

据介绍，近年来，在国家农业科技创新工程的支持下，团队在黄萎病为害机理与抗病分子机理研究等领域，已经从5年前的跟跑欧美到并跑，进而实现目前的领跑。本项研究将为今后开展落叶型病原分子流行监测、抗病品种选育和新型生防药剂研发等提供坚实的理论基础。

据悉，戴小枫团队目前正在牵头组织由国内外14家优势单位发起“大丽轮枝菌基因组学研究国际大科学计划”，未来有望从全基因组学、代谢组学与合成生物学角度，较为系统地阐明全球黄萎病病原起源、群体结构及遗传演化等困扰国际学术界长达百年的重要科学问题。