近日,《植物生物技术杂志》发表了一篇名为《理解水稻纹枯病抗性:后面的路和前面的路》的在线评论文章,详细介绍了水稻纹枯病的病原与其宿主之间的关系。而近年来在寻找抗病基因、标记、通过转基因修饰宿主基因组等方面的研究进展,也展示了水稻纹枯病植物-病害互作系统研究的最新进展和趋势,并对水稻纹枯病抗性育种的未来进行了展望。
水稻是主要粮食作物之一,为世界提供了70%以上的人口。随着世界人口的增加,对大米的需求越来越大。然而,每年因各种病害造成的水稻产量损失,使水稻供需形势恶化。
水稻纹枯病是由无性立枯丝核菌引起的一种坏死性病害,是水稻破坏性极强的病害之一,在全球鼠疫病害中排名第二。
在人工接种的田间,眼球虫的减产幅度在20%-42%之间。近年来,由于大剂量氮肥的使用和半矮秆、高产水稻品种的推广,纹枯病的发病率急剧上升。
图1水稻纹枯病的症状和病原
近年来的研究加深了对水稻纹枯病植物-病害互作的认识,发表了大量水稻纹枯病抗性QTL和基因的鉴定报告,可用于水稻纹枯病抗性育种。但到目前为止,还没有发现表型变异高的主要QTL。
水稻抗纹枯病的研究进展非常缓慢,主要是由于:
纹枯病病原菌寄主范围广,遗传变异高;
在现有的水稻种质中,没有发现令人满意的天然抗性材料。IRRI科学家筛选了3万多份水稻种质,除少数野生近缘种外,没有发现对水稻纹枯病的抗性。迄今为止,尚未发现抗水稻纹枯病的R基因。
图2可用于提高水稻对纹枯病抗性的基因和利用方法的模式图
水稻抗纹枯病的研究还有很多方向有待研究,从而探索可能的抗纹枯病方法:测序技术的发展和测序成本的降低为获得大量基因组资源提供了可能。
利用所有地方品种、农民自己的品种、杂草稻和野生近缘种的基因组资源,可以发现水稻纹枯病抗性的自然变异;另一方面,鉴定水稻纹枯病抗性的负调控因子,敲除这些基因也可以提高水稻对水稻纹枯病的抗性;通过分析纹枯病病原体的基因组序列来鉴定致病决定因子、效应因子或毒性基因,也将极大地有助于阐明其发病机制;同时,病原体分泌群的研究将大大增加对水稻纹枯病病原体的了解,从而制定防治策略;植物-病害互作、抗真菌蛋白、microRNAs和生物钟等在水稻纹枯病抗性中发挥重要作用的研究也十分迫切。
水稻抗纹枯病的研究存在诸多困难,防治纹枯病仍没有持久的方法。但是,我相信在不久的将来,任何关于抗纹枯病可能因素的研究都可以得到结果。