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防治植物病害的“疫苗”
科研人員揭示真菌病毒將植物病原真菌轉(zhuǎn)化為生物防治劑的機(jī)制
作者：韓揚(yáng)眉 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)  
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12月5日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》在線發(fā)表了湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授周倩、北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究院教授鄧興旺、研究員郭立團(tuán)隊(duì)合作的最新研究成果�？蒲腥藛T從一種從死體營(yíng)養(yǎng)型植物病原菌番茄匍柄霉中發(fā)現(xiàn)了一種低毒真菌病毒，其通過(guò)干擾真菌致病相關(guān)毒素Altersolanol A的生物合成，導(dǎo)致匍柄霉喪失致病力，且整合病毒基因序列的匍柄霉從致病菌轉(zhuǎn)變?yōu)樯�防��，提高了植物�?duì)強(qiáng)毒菌株的抗性。研究成果為作物真菌病害的防治提供了一個(gè)綠色高效的新策略。
全球每年因植物病害帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千億美元，其中而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中70%以上的植物病害由真菌引起。植物真菌病害的防治長(zhǎng)期以來(lái)依賴(lài)化學(xué)農(nóng)藥，造成食品安全、環(huán)境生態(tài)以及抗藥性等問(wèn)題。
真菌病毒是能夠在真菌細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和增殖的病毒，其中一些真菌病毒侵染后能夠減弱植物病原真菌的致病性，被稱(chēng)為低毒真菌病毒，它們被科學(xué)家認(rèn)為是控制真菌病害的潛在生物防治劑。
1904年在美國(guó)發(fā)現(xiàn)的栗疫病，給美洲栗帶來(lái)了滅頂之災(zāi)，超過(guò)35億株，360萬(wàn)公頃的美洲栗死于栗疫病，幾乎將美洲栗這個(gè)物種毀滅。隨后栗疫病蔓延到歐洲，也使歐洲栗大面積枯死，但并沒(méi)有像美洲栗一樣幾近滅絕。因?yàn)榈投菊婢�病毒CHV1的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)歐洲栗疫病的防治取得顯著的成效，挽救了大批瀕臨滅絕的歐洲栗樹(shù)林。從那時(shí)起，低毒真菌病毒用于生物防治開(kāi)始被關(guān)注。越來(lái)越多的低毒真菌病毒被發(fā)現(xiàn)報(bào)道，但人們對(duì)病毒如何導(dǎo)致真菌低毒力知之甚少，周倩說(shuō)。而且直接釋放被真菌病毒感染的真菌也存在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)椴《敬嬖趤G失導(dǎo)致真菌恢復(fù)致病力的風(fēng)險(xiǎn)。
一次偶然的機(jī)會(huì)，周倩與同事們?cè)阼b定實(shí)驗(yàn)基地萵苣葉斑病病原的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非�！捌婀帧钡姆�茄匍柄霉（Stemphylium lycopersici）菌株，生長(zhǎng)特別緩慢，不產(chǎn)生色素，也沒(méi)有致病力。研究后發(fā)現(xiàn)，它就是感染了低毒真菌病毒的致病菌。研究人員將這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的真菌病毒命名為Stemphylium lycopersici alternavirus 1（SlAV1）。
“番茄匍柄霉是死體營(yíng)養(yǎng)型的致病菌，它先分泌毒素，把植物組織殺死，然后從死亡的組織里獲取營(yíng)養(yǎng)�！敝苜徽f(shuō)。SlAV1抑制了真菌聚酮合成酶PKS1的表達(dá)，導(dǎo)致致病相關(guān)毒素Altersolanol A合成受阻，使得真菌喪失致病力。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SlAV1 的ORF3是導(dǎo)致匍柄霉喪失致病力的關(guān)鍵基因。用表達(dá)ORF3的匍柄霉菌絲懸浮液噴灑番茄等多種植物，能顯著提高植物對(duì)匍柄霉強(qiáng)毒菌株的抗性。
研究首次解析了SlAV1導(dǎo)致寄主低毒力的分子機(jī)制，證明了病毒基因整合至真菌基因組，改變真菌致病力后，可作為保護(hù)劑提高植物抗性。研究成果不僅為植物真菌病害的生物防治提供了重要資源，也為植物真菌病害的防治開(kāi)辟了一條新的思路。
周倩表示，目前這項(xiàng)工作僅在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了驗(yàn)證，要想應(yīng)用在大田中，還需要進(jìn)一步地安全性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，這也是他們繼續(xù)探究的工作。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2214096119
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