北京时间4月10日，国际知名学术期刊《科学》在线发表了这一重要突破。
小麦赤霉病是一种世界性的毁灭性真菌病害，被称为小麦的“癌症”。
令人兴奋的是，中国科学家在克服小麦赤霉病方面迈出了至关重要的一步。
山东农业大学农学院教授、山东省现代农业产业技术体系小麦创新团队首席专家孔令让教授及其团队从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆抗赤霉病主基因Fhb7，并成功转入小麦品种。首次证实并验证了FHB7不仅具有稳定的抗赤霉病性，而且在小麦抗病育种中具有广谱解毒功能。
北京时间4月10日凌晨2点，相关论文在《科学》杂志在线发表。
从“近亲”物种中寻找关键基因
要根除小麦赤霉病，培育和利用抗病品种是首选。在过去，科学家已经筛选了世界上成千上万的小麦品种。
“受制于理论认知和技术水平，半个多世纪以来，国际上对赤霉病的研究鲜有突破，尤其是小麦种质资源中可用的主要抗赤霉病基因非常稀少。”中国工程院院士、长期从事小麦赤霉病抗性育种的科学家程顺河指出。
事实上，人们还没有发现赤霉病免疫的小麦种质资源。
目前国际上鉴定命名的7个抗赤霉病主基因并非都具有高抗病性，有的以牺牲产量为代价获得抗病性。
此外，中国工程院院士、西北A&F大学教授康振生也指出，由于小麦基因组庞大，小麦-真菌相互作用复杂，研究人员对小麦抗赤霉病机理的认识有限。
近年来，解决这一世界性难题显得更加迫切。
对于农民来说，这种疾病很难预防。麦田一旦感染，通常减产10%-20%，严重时可达80%-90%，病情严重的麦田会造成不收。
该论文通讯作者孔令让告诉《中国科学杂志》，感染赤霉病的小麦籽粒干燥，淀粉和蛋白质含量降低，出粉率低，湿面筋含量低。当病麦含量达到4%以上时，就失去了食用价值。
随着产量和质量的下降，由其制成的食品和饲料严重威胁着人类和动物的健康。
长穗偃麦草是小麦的近缘植物，携带有抗病、抗逆、优质等多种优良基因，是小麦品种改良的优良基因资源。利用远缘杂交技术，可以将这些优良的外源基因转移到小麦上。
通信作者孔令让
孔令让团队获得的抗赤霉病基因Fhb7来源于长穗偃麦草。后来重组自交系分析表明，该基因使疮痂病指数降低30%以上，被认为是一个高效的抗性基因，为解开世界性的疮痂病难题找到了一把“金钥匙”。
解读Fhb7的抗病机制
“抗赤霉病基因Fhb7的克隆和培育具有重大战略意义，其研究内容无缝交织成一个完整的科学故事。”北京大学现代农业研究所首席科学家邓兴旺看完研究论文后，专门写了一篇文章给予高度评价。
邓兴旺提到的科学故事是，孔令让团队从组装长穗偃麦草基因组，到发现、克隆、分析主基因Fhb7的抗病机制，再到将其应用于小麦育种，20年来完整地解释了Fhb7基因抗病过程的“来龙去脉”。
1985年，孔令让开始研究长穗偃麦草、八倍体长穗偃麦草与小麦的远缘杂交。首次在长穗偃麦草7E染色体长臂末端发现小麦赤霉病抗性主基因Fhb7。
10年来，他带领团队初步定位后证明了Fhb7单基因可以控制高抗效应。然后，对复杂的长穗偃麦草基因组进行高质量的组装和注释，完成了基因的精细定位。
那么，Fhb7基因如何“抗”小麦赤霉病呢？研究团队使用传统的图谱克隆、细胞遗传学、突变体筛选和转基因技术来充分验证其功能。
Fhb7抗赤霉病的种间转移及其分子机制
通过一系列的分子实验和高分辨质谱分析，发现Fhb7基因编码一种谷胱甘肽S-转移酶，可以打开呕吐毒素的环氧基，催化其形成谷胱甘肽加合物，从而产生解毒作用。
呕吐毒素的产生是造成小麦赤霉病严重危害的重要因素之一。
“呕吐毒素是引起小麦赤霉病的病原体分泌的丝孢菌素毒素中最常见的，在谷物中含量最高。它们被世界卫生组织确定为天然存在的最危险的食品污染物，也是制约我国乃至世界食品和食品安全的重要因素。”邓兴旺说。
后来，他们终于在偃麦草共生真菌中发现了同源基因，同源性高达97%。
Fhb7抗病功能的遗传进化机制和分子机制
孙分析，“该基因很可能通过水平基因转移整合到来自香柱内生真菌的长穗偃麦草基因组中，从而进化出抗镰刀菌病原体感染的功能。”
这是科学家首次发现真核基因组DNA水平转移的功能证据。
“这是一种极其罕见的生物基因跨界转移现象，值得进一步深入研究，探索植物抗病基因和基因组进化的新机制。”邓兴旺说。
抗赤霉病基因Fhb7的转移和利用
值得一提的是，在7个抗赤霉病主基因中，Fhb1和Fhb7是公认的抗赤霉病有效基因。
河南农业大学国家小麦工程中心副研究员牛继山在研究综述中提到，遗传背景对Fhb1的抗赤霉病性有一定影响。
孔令让的团队比较了Fhb7在几种小麦背景下对其他农艺性状的影响。结果表明，FHB7表现出良好的抗赤霉病性，但对千粒重和剑叶长度等性状无显著的负面影响。
这意味着在未来的育种中，Fhb7将比Fhb1更具选择性。
广谱抗病前景广阔
在孔令让看来，研究成果不仅要对推动科学发展有意义，而且要真正“有用”、“用得好”，受到农民和市场的欢迎。
孔令让团队利用远缘杂交结合分子标记辅助选择，将携带Fhb7基因的长穗偃麦草染色体片段转移到栽培小麦上，最终获得抗赤霉病种质材料。
长穗偃麦草基因组分子进化及Fhb7的图谱克隆
目前已有30多个单位利用这些材料进行小麦赤霉病抗性遗传改良，并在山东、河南、江苏、安徽等地进行了广泛试验，效果良好。
研究人员对此感到欣慰。“Fhb7基因真的是一个‘神奇基因’。”论文第一作者、合著者、山东农业大学农学院副教授王宏伟兴奋地告诉《中国科学》杂志。近年来，大量田间试验发现，携带Fhb7基因的植物对小麦赤霉病具有抗性，对广泛侵染多种作物的茎基腐病也表现出明显的抗性。
这意味着研究中公开的Fhb7基因编码一种谷胱甘肽S-转移酶，已经发表了10多篇论文。自2008年4月回国以来，主持或参与国家自然科学基金、国家948国际合作、国家973计划、国家863计划、国家转基因重大专项等研究工作。，并与美国普渡大学、美国路易斯维尔大学、美国肯塔基大学、以色列海法大学以及国内高校和科研院所合作，在小麦分子育种、抗病基因分子标记、基因组学、蛋白质组学等方面开展了合作研究。，并在《THEOR APPL GENET》《DNA研究》《EUR JPLANTPATHOL》等国际学术期刊发表论文20余篇。曾获“八五”科技攻关重大成果奖1项，山东省科技进步二等奖2项、三等奖1项，农业部科技进步二等奖1项，山东省教育厅理论成果奖1项。1996年获山东省青年科技奖；2007年获中国科学院海外学者“王宽诚”科学研究奖；并于2011年获得中国农业科学技术奖。还先后获得中国农业科学院优秀共产党员、山东农业大学优秀教师、山东农业大学优秀教育家、山东农业大学研究生心目中的“良师益友”、山东农业大学学生心目中的十佳优秀教师、泰安市泰山先锋队优秀共产党员等荣誉称号。
学习经验
1981-1985年山东农业大学农学系大学
山东农业大学农学系硕士，1985-1988年
1993-1996年中国农业科学院作物品种资源研究所作物遗传育种博士
研究经验
1988-1990年山东农业大学农学系助教
1990-1993年山东农业大学农学系讲师
1996-1997年山东农业大学农学系副教授
1997-1998年德国慕尼黑技术大学植物育种系博士后学位
1998-1999年山东农业大学农学系植物遗传工程省重点实验室副教授
1999-2000年教授，山东农业大学农学系植物遗传工程省重点实验室主任，教务处副处长
2000年5月至2000年9月，以色列海法大学进化研究所博士后
美国普渡大学农学系博士后，2000-2003年
2003-2008年美国普渡大学农学系研究遗传学家
2008年至今山东农业大学遗传育种系特聘教授，作物生物学国家重点实验室常务副主任
教学经验
1988-1993年山东农业大学农学系普通遗传学
1996-1999年山东农业大学农学系普通遗传学、细胞遗传学
1999-2000年细胞遗传学，生物技术在农业中的应用，山东农业大学农学系
2001-2007年美国普渡大学农学系分子标记和分子标记辅助育种
学术研究
编辑
从事研究项目
1990-1995年山东省科委小麦-偃麦草育种
1992-1997年山东省科委利用小麦-偃麦草异附加系选育优质多抗冬小麦新品系的研究
1997-2000年小麦与节节麦互作育性的分子机制，山东省自然科学基金
1999-2001年小麦抗白粉病基因的标记和克隆，教育部留学回国基金
1999-2002年节节麦丰富小麦D基因组遗传多样性的研究，国家自然科学基金
从2000年到2005年，基因组学被引入美国农业部的小麦育种研究
美国农业部2001-2008年软粒抗赤霉病冬小麦分子标记辅助选择育种研究
美国农业部2005-2008年偃麦草抗赤霉病基因的鉴定及遗传转化
2006-2008年美国农业部利用基因沉默鉴定小麦赤霉病抗性基因的研究
美国农业部2006-2009年小麦抗病基因QTL标记及分子育种研究
奖项和荣誉
1993年，小麦与八倍体小麦杂种F1育性低下原因的细胞胚胎学研究获山东省教委理论成果三等奖
1995年，小麦-偃麦草异附加系的创制获山东省科技进步二等奖
1996年山东省青年科技奖
1996年中国农业科学院优秀共产党员
1996年，分子标记鉴定外源染色体的研究获农业部科技进步二等奖
1997年，利用小麦-偃麦草异附加系创制优质多抗冬小麦新品系的研究获山东省科技进步二等奖
2000年研究生眼中的十大优秀导师
2007年中国科学院“王宽城”海外学者科学研究奖
2011年获中国农业科技奖
最近的主要研究领域
小麦遗传育种，重点是利用染色体工程和分子标记辅助选择进行小麦育种和种质改良；标记辅助回交；植物疾病和害虫抗性的遗传学；基因定位；小麦软粒结构的遗传；和植物-病原体相互作用的遗传学。
1)将基因组方法应用于小麦改良
将常规育种与MAS、遗传学和生物信息学相结合，加速了产量、品质和抗病虫性增强的小麦新品种的开发。利用标记-性状关联显著提高了选择效率。
2)了解小麦-病原体相互作用的机制:
小麦防御和胁迫相关基因对禾谷镰孢菌的诱导反应:利用消减杂交、基因克隆和cDNA文库鉴定FHB抗性差异表达基因；特定植物防御候选基因的选择；植物-病原体相互作用中病原体抗性综合网络的验证；利用病毒诱导基因沉默系统分析小麦的FHB抗性。
3)植物抗性基因的遗传研究
抗白粉病基因扩增片段长度多态性和限制性片段长度多态性定位及抗条锈病基因微卫星定位；控制小麦FHB低发病率的QTL鉴定及豇豆抗苦苣苔位置的确定。
4)应用基因组方法进行小麦种质改良
小麦育种和种质改良中的标记辅助选择:利用节节麦基因组改良普通小麦基因组多样性：软质冬小麦抗赤霉病性的改良:将基因组学带入麦田。
5)将外源目的基因渗入适应的小麦品系
抗锈病、抗白粉病和品质性状的基因渗入；抗叶锈优质品种‘山农408698’的选育:长穗偃麦草和多穗赖草FHB抗性基因的鉴定:利用ph突变体和空四体系以及标记辅助选择将大麦黄矮病毒抗性基因Bd2和Bd3聚合成一个基因型。
6)通过从单子叶植物中导入额外的活性基因来扩大当前较软小麦质地的范围
利用Pina-Am1、Pinb-Am1和Gsp-Am1等位基因特异性DNA标记和ph突变体筛选携带Pina和Pinb的短单子叶植物片段易位系；利用中国春单子叶植物易位系与不同粒型小麦品种杂交构建火腿回交分离群体:利用分子标记研究附加的单子叶植物活性柔软基因对小麦籽粒质地的影响:开发比软麦质地更软的小麦品种。
7)燕麦抗冠锈病和黄矮病毒基因定位
燕麦抗冠锈病和YDV基因的遗传研究:胚挽救法将野生二倍体的YDV抗性导入栽培燕麦。
