基因工程手段有望攻克棉花“絕癥”

　　近日，中科院遺傳與發育生物學研究所副研究員王義琴等人的研究發現，天麻抗真菌蛋白GAFP4對不同生理型黃萎病菌株都具有非常明顯的抗性，是一個有效的高抗棉花黃萎病蛋白。

　　大麗輪枝菌是一種具有毀滅性的植物病原真菌，寄主非常廣泛，能夠侵染多達400多種植物，其中包括很多具有重要經濟價值的農作物，全世界范圍內由大麗輪枝菌引起的黃萎病損失每年超過數十億美元。

　　1935年由美國引進斯字棉時將大麗輪枝菌帶入我國，隨后迅速傳播。目前，我國棉花種植區一半左右面積都受黃萎病害影響，成為棉花生產中最嚴重的病害，經濟損失每年達15億～20億元。

　　據王義琴介紹，大麗輪枝菌屬于土傳病菌，在土壤中形成微菌核抵抗不良環境存活達十年以上，至今生產上沒有任何有效殺菌劑，因此，培育抗病棉花品種被認為是防治黃萎病的重要手段，但因缺乏有效抗源，目前為止尚未成功培育高抗品種。于是，黃萎病一直被認為是棉花的“癌癥”。

　　天麻是一種傳統中藥材，在我國已有一千多年的藥用歷史。天麻生活史的大部分時間生活在地下，沒有葉片，無法進行光合作用，需要與多種真菌，特別是蜜環菌營共生生活。在共生過程中，天麻需要依賴蜜環菌侵染提供營養，同時天麻又進化出一套有效的防御體系來抑制真菌在其體內的過度侵染。研究發現，在天麻塊莖的表皮和皮層薄壁細胞中存在一種小分子量的天麻抗真菌蛋白（GAFP）是這一防御體系的基礎。離體抗真菌活性實驗表明，GAFPs具有非常廣譜的抑菌活性，對很多植物病原真菌具有很強的抑制作用，預示著其在植物抗真菌病基因工程中具有很大應用前景。

　　王義琴通過用蛋白提純、測序和cDNA文庫篩選等方法從天麻中克隆到一個天麻抗真菌蛋白基因，命名為GAFP，并證明了GAFP對包括黃萎病在內的多種真菌具有較好抗性，進一步篩選天麻基因組文庫發現，天麻中存在著四個GAFP基因。

　　科研人員對四個成員的活性比較發現，一個新的成員GAFP4在體內和體外都具有最強的抑菌活性，且帶有胞間質定位的信號肽可以明顯增強抗性。王義琴課題組和中國農科院棉花所研究員李付廣課題組、中國農科院植保所簡桂良課題組和山西農科院棉花所研究員焦改麗課題組長達十余年的合作，將GAFP4轉入兩個陸地棉栽培品種，并在山西運城、河南安陽和河北廊坊三地黃萎病病圃中進行連續三年黃萎病鑒定試驗表明，GAFP4對不同生理型黃萎病菌株都具有非常明顯的抗性，是一個有效的高抗棉花黃萎病蛋白。

　　王義琴指出，尤為重要的是GAFP4轉基因棉花在纖維產量上也有20.7%～51.7%的增加，因此，這項研究成果為通過植物基因工程手段攻克棉花的“不治之癥”提供了可能。