日前，由中國農業科學院農產品加工研究所所長戴小楓領銜的有害生物防控創新團隊，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。此項成果已在線發表在國際著名植物學期刊《新植物科學家》上。
據悉，該項研究將為棉花等經濟作物黃萎病（又稱棉花的“癌癥”）病原的分子流行監測預報、抗病品種選育和新型生防藥劑研發提供理論依據。
據戴小楓介紹，早在1817年，德國科學家就首次發現了大麗輪枝菌，這是一種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蔫枯死，曾與馬鈴薯晚疫病并列為世界頭號檢疫對象。
1935年，這種真菌從美國傳入中國。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。
目前，這種疫病每年給棉花造成的經濟損失仍高達100多億美元。更為可怕的是，大麗輪枝菌的寄主具有廣譜性，它能侵染8科600多種植物，包括馬鈴薯、茄子、辣椒、番茄等重要經濟作物，以及牡丹、菊花、金銀花等中藥材，每年造成全球逾千億美元的直接經濟損失。
多年來，全世界的農業科研工作者一直致力于解析大麗輪枝菌引起植物落葉的遺傳機制，并開展了一系列研究，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。
戴小楓團隊從上世紀90年代就開始了相關領域的研究工作，他們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的比較，發現中國大麗輪枝菌菌株比美國和荷蘭的多出一個基因組片段，而該片段恰恰是從棉花的另一種病菌——枯萎病菌中“掠取”（基因水平轉移）過來的。
“也就是說，大麗輪枝菌獲得了枯萎病的部分基因片段，從而對棉花具有了更強的侵染能力。”戴小楓說。
隨著研究進一步深入，團隊發現，“掠奪”來的基因片段包含7個基因（稱之為VdDf1到VdDf7）。戴小楓形象地把它們稱為一個“小團隊”，在這個團隊里，每個“隊員”各司其職，它們有的負責轉錄調控因子，有的負責編碼轉運蛋白。其中，最關鍵的兩名“成員”負責編碼聚酮合成酶（VdDf5和VdDf6），而這種酶是引起寄主落葉的關鍵功能基因。
“VdDf5和VdDf6相當于這個團隊的核心人物，沒有它們這個團隊將無法正常行動。”戴小楓指出。
當大麗輪枝菌獲得這個基因組片段后，編碼的功能基因直接參與了引起落葉化合物的合成和轉運。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。
近年來，在國家農業科技創新工程的支持下，該團隊在黃萎病為害機理與抗病分子機理研究等領域，已從跟跑歐美到并跑，進而實現目前的領跑。本項研究將為今后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。
目前，該團隊正在牽頭組織由國內外14家優勢單位發起“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。
