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发布日期：2024-06-26 作者：开云
风吹麦浪，金穗飘喷鼻。在南京农业年夜学有如许一支团队，他们为领会决小麦“癌症”赤霉病的世界性困难，环绕抗赤霉病育种中“选甚么基因、用甚么亲本、怎样选”的瓶颈问题延续攻关20余载。
“小麦抗赤霉病研究一向是全球研究热门。”团队负责人、南京农业年夜学传授马正强告知《中国科学报》，该团队已判定出18个反抗小麦“癌症”的遗传位点，成立了高效的抗赤霉病份子育种手艺系统，缔造出上百个抗赤霉病、综合性状优良、顺应分歧出产区的新种质，并以此为根本成功选育出高产抗赤霉病新品种。
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部门团队成员与研究生在温室。南京农年夜供图
他们不但为解决抗赤霉病育种瓶颈问题、保障我国和全球小麦出产和食物平安作出了凸起进献，并且将根本研究与利用研究相连系，成为“顶天登时”的农业科研样本。
向小麦范畴的世界性困难倡议挑战
“小麦赤霉太恐怖，四个麦穗能烂仨。”小麦赤霉病是由多种镰美金菌真菌引发的小麦病害，防治坚苦、极具扑灭性，它不但会致使严重的产量损掉，还影响小麦子粒品质和食物平安。
“跟着全球天气变暖、耕耘轨制改变，赤霉病病发区域扩大、常发重发已成趋向，严重制约我国绿色农业成长，影响食粮平安。”马正强说，持久以来，缺少抗病基因和易用的育各种质，表型选择难、正确性差，致使小麦高产抗赤霉病育种一向难以冲破。
1998年，从美国留学回国的马正强意想到，基因组学将在复杂性状遗传解析中阐扬要害感化。在是他选定了小麦赤霉病抗性这个极为主要的复杂育种性状，以抗病遗传根本解析、抗病基因发掘、优良种质立异和育种操纵为团队的主攻标的目的。
南京农业年夜学所处的长江中下流麦区一向是小麦赤霉病重发区，持久的高压情况孕育了一批以江苏溧阳“望水白”为代表的高抗赤霉病处所品种。它和上世纪70年月由江苏太湖地域农科所育成的“苏麦三号”，至今还是世界上最好的抗赤霉病种质。
但是，几近所有赤霉病抗源都存在育种中难在操纵的问题。以望水白为例，马正强将其称为小麦中的“美男”，说的是外形特点上身段高挑细瘦。但在科研人员眼中，这是个带有瑕疵的性状：固然抗性好，但产量低，极易倒伏，哪怕轻风吹过，城市七颠八倒。团队要做的，就是发掘出望水白中有效的基因，摒弃不良的累坠。
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采取份子育种手艺创制的第一代高抗赤霉病种质NMAS022。图中展现在判定圃中人工接种20天后的表示。南京农年夜供图
抗赤霉病与高产、优良等其它育种方针常常难以统筹，抗性判定前提刻薄、表型选择效力低等问题难倒了很多同业。据团队主干、南京农业年夜学传授贾海燕介绍，要想成功操纵这些抗源，必需明白其抗性受几多基因节制、基因地点的位置和效应、抗病的机制是甚么、抗病基因是不是影响其它育种方针性状等。在是，团队以育种利用为导向，采取正向遗传策略、发掘优良遗传变异，最先了一场艰辛的科研跋涉。
贾海燕介绍，通俗小麦是部门同源六倍体，其基因组相较其他作物要复杂很多。本世纪初，小麦基因组学研究还处在婴儿期。在2018年通俗小麦基因组草图完成之前，“对赤霉病抗性这类复杂性状的研究，只能稳扎稳打。”贾海燕说。
为了进行望水白基因组抗赤霉病基因的筛查，他们必需降服小麦基因组年夜、反复序列占比高、多态率低等一系列坚苦，还必需对作图群体进行多年、多点的抗性判定，以获得正确的表型数据。
贾海燕暗示，抗赤霉病位点筛查仅仅是抗赤霉病基因发掘和操纵的第一步，在此根本上，还需要进行抗病位点的切确定位、效应阐发和评价、基因克隆、份子育种手艺系统的成立等。
“特别对赤霉病抗性如许的复杂性状，任何一项主要进展都不是一挥而就的。”马正强说。
抗性判定尝试：麦田里的“绣花工夫”
在抗病基因发掘中，抗性判定正确与否，直接决议了研究的成败。斟酌到赤霉病抗性判定成果受材料发展状况、接种后的温湿度等影响，起风下雨等天气转变也会直接影响判定的正确性，仅仅依托个体植株的成果没法申明问题。
“对赤霉病抗性这个性状，必需经由过程年夜范围、反复的接种判定才能取得可托的数据。”团队主干、南京农业年夜学传授李国强介绍，在田间判定时，假如碰上小麦扬花期雨水少或气温偏低，昔时的尽力可能就徒劳无功。
接种判定凡是是每一年3月底最先延续到5月底。针对分歧的抗性类型还需要采取分歧的接种方式。接种必然时候以后，科研人员需要查询拜访每一个接种穗子的病节长度、病小穗数，或必然面积的病穗数。
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网室判定圃（上）和田间判定圃（下）。南京农年夜供图
记者来到一块年夜约2000平方米的判定圃年夜棚，映入眼帘的是小麦植株上挂着的几十万个五彩缤纷的吊牌。据介绍，分歧的吊牌色彩和外形记实着分歧的接种时候。由于各个材料的开花期分歧，接种工作凡是要延续半个多月。五种色彩不敷用的话，科研人员就经由过程剪角的体例来辨别。如许的判定工作如同年夜海捞针。
贾海燕告知记者，在这时代，研究人员都是天刚亮就赶到地里。因为工作量太年夜，为了完成当天的工作，田间地头就是餐桌，手机照明加班接种是屡见不鲜。
“我们多流汗，育种家就会少流汗；我们的成果越正确，育种家用起来就越随手，效力才会高”。这是马正强常说的一句话，也是团队一向以来面向利用做研究的初心。
在20多年的科研跋涉后，团队克隆了小开云体育app麦中今朝已知的最主要抗赤霉病基因Fhb1，该基因具有最强的抗扩大效应，还可下降子粒中真菌毒素的堆集。2018年，该基因和其利用取得中国和美国发现专利授权。2019年，部门研究功效颁发在国际遗传学权势巨子期刊《天然—遗传学》上。这对小麦抗赤霉病研究而言，是质的奔腾。
在这一重年夜冲破后，团队又采取份子育种策略将Fhb1导入到来自江苏、山东、河南、四川等小麦主产区的中易感或高感赤霉病小麦品种中。他们发现，这一基因的利用能使小麦抗赤霉病扩大的能力提高76%以上，该基因不但可以提高小麦对赤霉病的抗性，在玉米等其他作物中也可能提高其抗镰美金菌病害的能力。
农业科研最终方针是办事出产
方才曩昔的5月，近200位专家学者来到位在南京溧水的小麦抗赤霉病基因发掘与种质立异实验基地，加入全国小麦抗赤霉病育种工作推动会议。
现场展现的材猜中不但包罗年夜量的抗赤霉病育种新材料，还已经由过程核定或正在进行的区试或预试的新品系。
专家们立足在“南农999”等一系列用份子育种手艺育成的抗赤霉病品系和种质前，对其田间抗性表示连连奖饰。
中国工程院院士、山东省农业科学院研究员赵振东说：“该团队在抗赤霉病小麦育种已走活着界前列。”
中国工程院院士、河南省农业科学院研究员许为钢暗示：“该团队在抗赤霉病的理论和育种实践上面，应当说是双丰收，田里展现的材料在黄淮麦区莳植，不消担忧赤霉病抗性。”
中国工程院院士、中国农业年夜黉舍长孙其信高度评价了多基因聚合的份子育种策略在小麦抗赤霉病育种中的价值，“但愿团队再斗胆一些、步子再年夜一点，助力全国小麦抗赤霉病育种整体程度的提高。”
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育制品种南淮麦193表示出优异的田间赤霉病抗性。南京农年夜供图
按照综合性状表示和抗分歧小麦病害的能力，该团队已缔造了三代抗赤霉病种质和育种材料。2013年和2017年，他们创制的NMAS022等焦点抗赤霉病种质前后两次免费发放给全国60多家育种单元，为小麦抗赤霉病育种供给了好用的亲本。这同样成为该团队从根本研究迈向出产利用的主要节点，迈出了从种质立异到品种选育、从立异链到财产链的要害一步。
20年摸索漫长而艰辛，假如仅仅知足在发几篇高程度论文，或许科研不消这么辛劳。但在马正强看来，“根本研究的最终方针是提高和培育提拔出产力，办事财产成长，环绕苍生口粮的农业科研特别如斯。”
马正强暗示，对小麦赤霉病这类由兼性寄生真菌引发的病害来说，现有的进展只是万里长征的第一步。要根治小麦癌症赤霉病，还需要多学科交叉和合作无懈，丰硕抗病基因库和育种材料的多样性，说明抗病机制，进一步立异育种方式和防治策略。
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