油菜、白菜、甘蓝、萝卜是公共最认识的十字花科作物，也是食用油及蔬菜的重要来历，然而它们都遭到统一种扑灭性病害——根肿病的威逼。

根肿病于全世界跨越80个国度及地域的蔬菜财产中风行，病菌可于泥土中存活10年以上，苗期病发甚至可造成绝收。使人意想不到的是，根肿菌很是怪异，它既不是真菌、卵菌，也不是细菌，而是一种具备动物举动的低等单细胞真核生物。

从发明根肿菌至今的140年来，怎样高效长期防控十字花科根肿病，是困扰全世界科学家的一道难题。

9月1日，中国农业科学院油料作物研究所研究员刘胜毅、刘立江团队于《天然-遗传学》发表主要结果，初次报导了由感病基因GSL5介导的根肿病隐性广谱抗性，并创制出广谱高抗（免疫）根肿病的油菜、白菜、甘蓝新种质，展现了其作用机制，为植物与病原间互作提供了新的理论熟悉。

神秘而怪异的根肿菌

论文通信作者刘胜毅告诉《中国科学报》，根肿病是十字花科作物共性、庞大、扑灭性土传病害。自2010年以来，油菜根肿病于我国长江流域冬油菜主产区扩散迅速，今朝已经年夜规模风行，每一年病发面积超2000万亩，经济丧失达数百亿元。

“掘客及使用抗根肿病种质及基因资源举行抗病育种，是节制油菜根肿病最经济有用的办法。只管我国油菜抗根肿病育种已经取患上显著成效，但存于抗病位点/基因抗谱窄、育种周期长等问题，出产上因为根肿菌心理小种变异而致使抗病品种抗性损失快。是以根肿病高效长期防控是世界难题。”刘胜毅说。

“最难的是人们对于根肿病病原太生疏。”论文配合通信作者刘立江说。与其他已经知病原菌差别，根肿菌可以寄生于植物细胞内，但它及植物之间彼此作用的份子机制尚不清晰。

2015年，刘立江接办根肿病研究时对于根肿菌全无所闻，翻阅资料后才知道，根肿菌属在有孔虫界。

于查找资料的历程中，1972年英国爱丁堡年夜学终身声誉传授David S. Ingram发表的一篇关在根肿菌糊口史的论文引起刘立江的留意。“这篇论文以试验数据为基础，而其他文献年夜可能是一些料想。”这给了他很年夜开导，决议先弄清晰根肿菌怪异的糊口习性。

使用进步前辈技能手腕，2020年，刘立江于《植物病理学》发表基在试验及显微照片的根肿菌糊口史研究结果。“相识根肿菌的糊口史，是咱们霸占十字花科根肿病的基础。”刘立江说。本来，根肿菌能进入植物细胞中，是独一一类可以或许于植物细胞内举行寄生的真核病原物。

根肿菌的糊口史很是繁杂。它于泥土里以休眠胞子的情势存活十几年，萌生后像蝌蚪同样寻觅植物的根，刺破细胞壁后完成早期侵染。7天以内，它侵染表皮细胞，并于每一个细胞内形成数百个直径仅为2.5微米的游动胞子。以后的17天，这些胞子会侵染根部皮层细胞，并让植物细胞膨年夜直至爆裂，这也是其症状体现为根部膨年夜的缘故原由。末了植物遭到重创甚至灭亡，根肿菌休眠胞子开释到泥土中追求下一个生命周期。

这是根肿菌自1878年发明至今第一次用确实试验证实其糊口习性，于是于业界引起强烈回声。美国植物病理学会官网专门报导了这一结果，并被美国科学促成会等网站转载。

霸占根肿病“要塞”

为霸占根肿病，全球科学家从未停息。

仅已往15年，国际上对于芸薹属6种作物2554份质料举行了筛选，获得92份抗根肿病质料。此中，黑芥中抗病质料至多，但研究及使用起码；甘蓝抗性多为多基因节制的数目性状，抗性程度较低；白菜抗性均为单显性基因节制的质量性状，具备小种特异性抗性，是今朝抗病育种使用的重要来历。

因为根肿菌有很是多的心理小种，差别抗性基因只能匹敌某一两个根肿菌心理小种。“广谱或者隐性抗根肿病基因十分稀有。”刘胜毅说，他们的方针就是要找到广谱抗根肿病的要领。

多年来，刘胜毅领导团队按照根肿病的世界漫衍及扩散风行特性，网络了上千份油菜种质资源。2016年最先，刘立江从中遴选数百份油菜种质资源质料，持续3年于天下多个根肿病病区举行抗性鉴定筛选。

“最初的设法是从中找到广谱抗性基因。”刘立江说，然而，此中抗病质料稀疏，年夜部门质料体现感病，并且感病水平各不不异。

这反倒引起刘立江的留意。“是否是某些位点存于‘不彻底’突变而致使感病水平差异。”他想，假如反其道而行之，将这些感病基因“去失”或者“封闭”，油菜是否就会得到抗性？

他们使用全基因组联系关系阐发举行检测，成果于油菜A09染色体上反复鉴定出GSL5基因，与油菜根肿病感病性显著联系关系。

这个GSL5实在是一个编码细胞壁组分β-1,3-葡聚糖合成酶的基因。有研究发明，GSL5缺掉突变会加强对于白粉病的抗性。它会不会是霸占根肿病的“要塞”呢？

接下来，研究团队就要验证GSL5的基因功效。

“为了尽快出成果，咱们选择了同为十字花科的闻名模式植物拟南芥来做前期验证明验。”刘立江说。成果发明，拟南芥的诱变突变体、基因编纂敲除了突变体对于根肿病均体现出高度抗性，而过表达株系则对于根肿病高度感病。

育种+治理：运用远景广漠

于拟南芥中得到的试验成果让研究职员很是振奋，他们进一步于油菜、白菜、甘蓝、萝卜中验证了上述试验成果。成果注解，GSL5于十字花科植物中功效高度守旧。

更主要的是，gsl5突变体对于根肿菌26个心理小种具备广谱高抗抗性。并且，团队于湖北及甘肃田间小区实验注解，GSL5敲除了对于油菜生长发育及产量无显著影响。

基在GSL5功效研究及团队所创制的质料，他们还有展现了有趣的病菌与寄主的互作瓜葛，即病菌致病及寄主抗病反映机制。

论文配合第一作者、油料作物研究所已经卒业博士生吴钰坡先容，病菌致病及寄主抗病孰胜孰败好像取决在次级侵染，也就是根的皮层细胞中，而不是低级侵染，即根的表皮细胞中。

“这差别在其它寄素性病原与寄主的互作。病原份子进犯寄主可能发生于皮层细胞中，而寄主也可能于皮层细胞中启动防卫反映。”吴钰坡说。

进一步试验发明，gsl5抗性依靠在根肿菌侵染诱发的茉莉酸抗病通路激活。同时，茉莉酸可显著提高拟南芥及油菜对于根肿病的抗性，降低根肿病病害严峻度。刘立江说，将来有可能经由过程外源施用茉莉酸，来显著提高油菜等十字花科作物对于根肿病的抗性。

西北农林科技年夜学传授康振生告诉《中国科学报》，该结果是十字花科作物感病基因鉴定与使用方面的原创性主要结果，打破了今朝油菜、白菜、甘蓝等十字花科作物重要经由过程种间（内）杂交举行根肿病抗病育种的传统思绪，斥地了以基因编纂技能为代表的十字花科作物根肿病抗性改进生物育种新路子，实现了十字花科作物根肿病广谱抗性改进及高效长期防控理论及技能的庞大冲破，为保障我国优秀基因及种源自立可控提供了有力科技支撑。(记者 李晨)

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