研究人員在棉花抗黃萎病研究中取得進展

　　棉花是世界上最主要的天然纖維作物，也是重要的油料作物，具有極高的經濟價值。由于抗蟲基因Bt的應用，我國基本解決了棉鈴蟲危害，相比較而言，抗黃萎病研究進展相對緩慢，近年來上升為棉花生產的主要危害之一。黃萎病菌自1935年傳入我國之后迅速傳播，曾多次全國性爆發，導致棉花減產10%～30%，嚴重棉田減產80%以上，甚至絕收。目前，我國一半左右的棉區受黃萎病害影響，經濟損失每年達15-20億元。而且，導致黃萎病的大麗輪枝菌是土傳病菌，在土壤中形成微菌核抵抗不良環境的能力非常強，可存活十幾年之久，至今生產上尚無有效殺菌劑。因此，黃萎病一直被認為是棉花的“癌癥”。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室儲成才研究組副研究員王義琴等借鑒我國傳統中藥材天麻防御真菌的分子機制，通過在棉花胞外表達天麻抗真菌蛋白GAFP4，成功培育出高抗黃萎病棉花新種質，田間病圃試驗發現轉基因棉花產量增加20.7%-51.7% (Wang et al., Mol Plant, 2016)。針對大麗輪枝菌通過根系侵染棉花并經由維管組織傳播的特點，王義琴等利用實驗室克隆鑒定的維管組織特異型啟動子gdcsP驅動GAFP4基因特異性表達，進一步顯著提升了棉花的黃萎病抗性。

　　研究發現，gdcsP的啟動子含有4個維管特異性表達調控元件、16個根特異性表達調控元件，以及8個茉莉酸響應元件、3個水楊酸響應元件和多個激發子誘導的抗病元件，不但保證其在根系中高強度和維管特異性表達，而且可以響應病害、傷誘導以及茉莉酸和水楊酸信號。gdcsPPro::GUS轉基因棉花中整個生育期GUS都呈現較高的活性，而且其表達受水楊酸和茉莉酸誘導。與35SPro::GAFP4轉基因棉花相比，gdcsPPro::GAFP4轉基因植株在黃萎病病圃中表現出更低的感染率和更強黃萎病抗性。

　　棉花黃萎病菌一般從根系傷口處侵染，gdcsP啟動子可以在植物根系傷口處及病原菌侵染的早期快速誘導抗真菌蛋白基因GAFP的表達，并在維管組織中進一步阻抑大麗輪枝菌的傳播和擴散，從而大大提高了抗病效率。更為重要的是，gdcsP啟動子在棉花生育后期仍維持高水平表達，因此是棉花抗黃萎病基因工程防治的理想調控元件。

　　該研究成果于12月6日在Plant Biotechnology Journal 雜志上在線發表（DOI:10.1111/pbi.13308）。王義琴和中國農業科學院生物技術所副研究員梁成真為文章共同第一作者。儲成才為通訊作者。該項研究得到農業部轉基因專項的資助。

　　圖：gdcsP啟動子在棉花中維管特異表達的特性及gdcsPPro::GAFP4轉基因棉花在黃萎病病圃中的抗性鑒定。a-b:根；b-c：葉；d：莖；e：葉柄；f：棉桃；h-j：gdcsPPro::GAFP4轉基因棉花在黃萎病病圃中的表現及侵染率和病指統計。