text: “小麦之癌”的条锈病持久战打了这么久，咋这么难防治？
  条锈病被称为小麦的“癌症”，新中国成立以来先后发生过8次（1950、1964、1983、1985、1990、2002、2017和2020年）大流行，防治后仍累计损失小麦138亿公斤。因此，我国农业农村部将条锈病列为一类农作物病害。2022年7月14日，《细胞》在线发表了西北农林科技大学植物免疫团队历时18年得出的研究成果。该团队首次发现了小麦中协助条锈菌感染的“真凶”——感病基因，并利用基因编辑技术使小麦不易受条锈菌侵染的同时保持小麦产量不降低，开辟了抗病小麦育种的新思路和新途径。自然条件下小麦感染条锈菌（西北农林科技大学供图）小麦是全世界种植最广泛的禾谷类作物之一，为全球超过25亿人口提供主食，是最重要的粮食作物。然而，病虫害常造成小麦产量重大损失，严重威胁粮食安全。论文通讯作者、中国工程院院士康振生告诉《中国科学报》，作为一种靠空气传播的真菌病害，条锈病是小麦头号重大生物灾害，在全世界小麦种植区均有发生。我国一直是发病最重的区域，该病在一般年份会导致小麦10%~30%的产量损失，严重时甚至导致小麦绝产。1950年，小麦条锈病在我国大流行，造成的产量损失占当年小麦总产量的41.37%。因而，小麦条锈病有效防控对保障我国粮食安全具有重要意义。“培育和种植抗病品种是防控条锈病最为安全经济有效的措施。”康振生说。传统方法主要利用抗病基因培育品种，抗病基因介导的抗性强，但容易被病菌克服，导致病害流行成灾。上世纪50年代以来，我国小麦主栽品种利用Yr1、Yr9、Yr26等抗病基因，突破了一轮又一轮的病菌围攻，为保障我国小麦安全生产作出了巨大贡献。但随着病菌“升级换代”，病害防控越来越被动，能够用来“打怪”的抗病基因数量在减少。论文通讯作者、西北农林科技大学教授王晓杰告诉《中国科学报》，因为小麦品种在生产上大规模推广3到5年后，病菌变异产生的新毒性菌系常常能够突破品种的抗性。此外，用传统方法培育一个抗病品种，至少要花费10年左右的时间。“品种抗性丧失年限明显快于品种培育年限，因而，用来有效应对小麦条锈病的品种越来越少，抗病资源也日益匮乏。”王晓杰说。如何打破这一困境？除了抗病基因之外，还有与病原菌密切相关的感病基因。于是科学家将目光投向了感病基因。感病基因是病原菌侵染并致病所必需的寄主基因。相较于抗病基因，由感病基因突变所介导的抗性具有持久性与广谱特性。“修饰编辑感病基因是作物抗性改良的重要新途径。”康振生说，但感病基因的多效性带来的负面作用限制了其应用，如感病基因突变可导致其本身生理功能丧失，影响植物生长发育、产量等性状，“找到能被利用的感病基因一直是植物病理学和作物抗病育种中的重点和难点”。原来，小麦条锈菌为活体营养寄生真菌，侵染时通过吸器从寄主细胞汲取营养，同时向寄主小麦分泌毒性效应子，效应子通过操纵寄主感病基因或其它途径，实现对寄主小麦的侵染致病。论文共同第一作者、西北农林科技大学博士后王宁说：“感病基因是病原菌成功侵染、定殖和繁殖所必需的，解析感病基因的作用机制，为深入了解条锈菌的侵染致病本质、开发病害防控策略提供了科学依据。”该团队长期从事小麦条锈病可持续控制应用与基础研究。由于小麦条锈菌不能人工培养，无法进行遗传转化，该团队就从小麦与条锈菌互作入手，以期找到小麦条锈菌关键致病因子和感病基因。这场与病菌长达18年的“赛跑”从王晓杰做博士论文开始。2004年，王晓杰在康振生的指导下开始研究小麦与条锈菌互作的分子机理。2007年，他在做条锈菌侵染小麦后的基因表达实验期间，找到了一个在小麦中从未见过的基因，并将其命名为TaPsIPK1。他发现，将该基因沉默，可降低小麦条锈病的感病性；而过表达该基因则增强小麦对条锈菌的感病性，介导小麦感染条锈病。但碍于当年的技术水平和硬件设施的限制，博士期间，王晓杰始终没揭开这段基因的神秘面纱。不过，他坚信这段基因背后藏着一个重要的秘密。转眼11年过去，当年的博士已是博导。王宁成为王晓杰的第一位弟子。王晓杰第一时间把那段让他一直惦念的基因“拿”出来，作为礼物送给王宁，期待她能揭开“潘多拉魔盒的秘密”，厘清这段基因和小麦条锈病之间扑朔迷离的关系。设计实验方案、研究实验可行性、推敲每个实验环节……尽管困难重重，团队成员从不轻言放弃，踏上了这条充满未知的路。最终，该团队挖掘出全球首个被病菌毒性蛋白利用的小麦感病基因TaPsIPK1——编码胞质类受体蛋白激酶。论文共同第一作者、西北农林科技大学副研究员汤春蕾介绍，感病基因TaPsIPK1负调控小麦的基础免疫，能够被条锈菌分泌的毒性蛋白劫持，从细胞质膜释放进入细胞核，在细胞核操纵转录因子，抑制抗性相关基因的转录，增强感病基因的转录水平，放大感病基因介导的感病效应，促进小麦感病。鉴定了全球首个小麦条锈病感病基因，团队成员们都很兴奋。他们期望验证其在小麦中的应用潜力。论文共同第一作者、西北农林科技大学博士生樊昕介绍，他们利用基因编辑技术精准敲除了该感病基因，破坏了毒性蛋白和感病基因的识别和互作。令人振奋的是，该小麦编辑品系实现了对我国条锈菌3个主要流行小种的持久广谱抗性，并兼抗小麦叶锈病。田间试验证明，该小麦编辑品系还可维持千粒重、株高、分蘖数等主要农艺性状，即保持产量稳定。2020年到2021年，陕西省条锈病大流行，田间种植的小麦条锈病感病基因编辑品系表现出高抗条锈病的特性。“小麦编辑品系在保持作物主要性状品质的前提下，展现出了高抗条锈病的特点，具有很好的应用潜力。这是可用于小麦抗病改良的感病基因。”王晓杰说。康振生指出，小麦感病基因的发现是植物与病原菌互作领域的重大突破，标志着我国在该领域迈出了一大步。该成果打破了目前小麦主要利用抗病基因育种的传统思路，丰富了抗病育种可利用的基因类型，开辟了小麦生物育种新途径，为我国现代生物育种和病害绿色防控提供了科技支撑。中国工程院院士陈剑平评价说，该团队通过破坏病菌效应子与小麦感病基因的互作，创制了具有广谱持久抗性的小麦材料，在田间展示了巨大的应用前景。这项研究工作兼具理论突破性与生产应用价值，是植物病理学与作物抗病育种领域标志性成果。“种业正迈入生物技术、信息技术、工程技术等多学科高度交叉、高度融合的新阶段，逐步成为新一代技术革命的关键领域，优异种质与基因资源是种业创新的关键，谁先获得了作物基因资源、破解了基因的功能，谁就拥有了种业的话语权和主导地位。”中国工程院院士许为钢说，西北农林科技大学植物免疫研究团队在小麦感病基因鉴定与利用方面的原创性重大成果，是实现种源自主可控、提升种业原始自主创新能力的跨越性突破，开启了我国种业自主创新的新篇章。4月7日，农业农村部在河南省邓州市召开小麦条锈病防控现场会，交流小麦条锈病发生防控情况，分析发生形势，研讨防控技术，动员安排下一步防控工作。会议指出，3月中旬以来，随着气温回升，小麦条锈病陆续进入扩散流行期。专家分析，4月份随着黄淮海等小麦主产区雨水增多，有利于下一阶段病害的扩展流行，部分麦区存在大流行风险，防控工作丝毫不能放松。会议提出，要坚持“长短结合、标本兼治、分区治理、综合防治”策略不动摇，“关口前移、抓早治小”，及时组织统防统治、适时组织应急防治，带动群防群治，突出抓好西南和汉水流域等冬繁区防控，减轻当地危害，减少外传菌源，及时落实黄淮海春季流行区预防措施，严防大面积流行危害，确保将危害损失控制在5%以内。会议要求，各地要紧盯关键时节，落实落细小麦防控措施。一是压实防控责任。落实粮食安全党政同责要求，层层压实属地防控责任，确保防控工作有力有序开展。二是加强监测预警。加强系统调查和大田普查，及时掌握条锈病发生动态，准确发布预报预警信息和防控技术要点，指导农民适时防控。三是推行统防统治。结合落实“一喷三防”补助政策等，加大项目和资金支持力度，通过购买服务等方式，充分发挥专业化防治组织作用，大力推进统防统治，提高防控效果和效率。四是强化科技支撑。探索完善农科教协作治理工作机制，不断集成优化并示范推广小麦条锈病分区治理、联防联控技术方案和工作措施，为条锈病可持续治理提供科技支撑。小麦条锈病是一种随气流传播，跨区域流行的重大病害，一旦大面积流行危害，直接影响小麦高产稳产，目前，小麦条锈病主要危害上部的功能叶片，发病初期，在叶片上出现长条状铁锈色夏孢子堆，叶片背面，发病部位褪绿变黄。随着病情的发展，夏孢子堆逐渐增多，并沿叶脉方向扩展，发病后期，夏孢子堆可布满整个叶片，严重影响叶片的光合作用，造成籽粒灌浆不充分，千粒重下降，从而导致产量降低，品质下降。防治方法（1）做好监测预报，小麦条锈病是一种典型的气流传播病害，具有传播速度快，危害严重。4中下旬至5月上旬是小麦条锈病防控关键时期，把握病害发生流行规律，做好田间调查才能精准监测预警。（2）统防统治：小麦扬花灌浆期，也是小麦赤霉病、蚜虫等病虫害的高发期，可结合小麦一喷三防，进行统防统治。当病叶率达到2%～4%，严重度达到1%时，就要进行防治，可结合防治小麦赤霉病，每亩用25%粉唑醇悬浮剂20～25毫升，或用43%戊唑醇悬浮剂20毫升等药剂，兑水30公斤均匀喷雾，可快速控制该病的继续危害和蔓延。提高小麦的千粒重。来源：《中国农作物病虫害》《中国科学报》农业农村部网站 袁老师农技服务0为你推荐寒旱叠加多因素导致麦苗枯黄死苗，看看具体原因是→种业商务网：一览种业，我能！服务热线：13673688987 微信同号微信置顶功能开通了，感谢您置顶本公众号将本文“”或右下角“看过”图标！这就是对我们的最大鼓励！文章好看就点这里