PBJ|浙江大学和江苏省农科院合作在小麦抗赤霉病领域取得进展
由禾谷镰刀菌复合种引起的小麦赤霉病是影响我国小麦生产安全和食品安全的重大真菌病害。小麦赤霉病不仅导致小麦减产，而且由于病菌在侵染时产生的真菌毒素脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol,DON）能残留在谷物中，影响人畜健康。目前，培育抗病品种是防治小麦赤霉病最经济有效的措施。除传统育种外，近年来，利用寄主诱导的基因沉默（Host-induced gene silencing, HIGS）技术创制的转基因作物材料在控制真菌病害方面展现出良好的应用前景。
近日，浙江大学生物技术研究所和江苏省农科院粮食作物研究所合作在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Host-induced gene silencing of multiple genes of Fusarium graminearum enhances resistance to Fusarium head blight in wheat”的研究工作，表明：利用HIGS策略获得的转基因小麦，可以同时沉默禾谷镰刀菌中生长、毒力相关的多个基因，从而显著降低病菌侵染和籽粒中DON毒素积累。
该研究选择了禾谷镰刀菌中的三个基因FgSGE1,FgSTE12和FgPP1作为HIGS沉默的靶基因。该课题组前期研究表明，这三个基因在禾谷镰刀菌的生长、致病等不同方面发挥重要作用。其中，FgSGE1是调控DON毒素生物合成的关键转录调控因子；FgSTE12是调节禾谷镰刀菌在寄主植物上的穿透能力的转录因子；FgPP1是一个保守的蛋白磷酸酶，对禾谷镰刀菌的生长是必需的。
为了最大限度地抑制病原菌对植物的侵染能力，研究将这三个靶标基因进行了串联，构建在一个RNA沉默载体上，以期可以同时沉默多个基因（图1a）。该研究首先将多基因串联的沉默载体转入禾谷镰刀菌中，证明该沉默载体能同时有效地沉默病菌中的三个靶标基因。在此基础上，作者又将多基因串联沉默载体转入了小麦植株中，获得的两个转基因小麦株系，对禾谷镰刀菌的侵染及其毒素合成有显著的抑制作用；且这种抗性表型在T3代仍稳定保持（图1b和c）。小RNA测序发现，转基因小麦中产生了丰富的针对病菌三个靶标基因的小干扰RNA，并有效沉默了病菌中的靶标基因，进而使得病菌在侵染植物时的侵染结构减少、毒素合成受阻（图1d）。该研究创制的转基因抗病小麦获得了国家农业转基因安全管理办公室中间试验批准，完成了田间赤霉抗病效果的评价试验，结果表明该HIGS转基因材料与亲本扬麦16相比，赤霉病的病害严重度降低了50%左右，收获籽粒中DON毒素含量降低了70%。本文研究结果表明，利用HIGS策略可以同时靶标多个病菌基因，创建出抗病控毒素的小麦转基因材料，为赤霉病抗病育种提供新策略。
图1：表达FgSGE1-STE12-PP1沉默载体的转基因小麦对小麦赤霉病表现出显著的抗性。