中国农业科学院植保所提出真菌病毒定向靶点防控小麦赤霉病新方法
2023-08-25 16:25:09来源: 中国农业科学院植物保护研究所
近日，中国农业科学院植物保护研究所作物病毒病害监测与防控创新团队在国际知名学术期刊《先进科学（Advanced Science）》（IF="“15.1）上在线发表题为“A mycovirus VIGS vector confers hypovirulence to a plant pathogenic fungus to control wheat FHB”的研究论文。该研究构建了第一个真菌病毒诱导的基因沉默系统，通过靶向赤霉菌致病或毒素合成相关基因获得弱毒菌株，可以高效防控小麦赤霉病。
赤霉病（Fusarium head blight，FHB）是主要由禾谷镰孢菌复合种（ Fusarium graminearum complex）引起的世界性小麦病害，近年来已成为威胁我国小麦安全生产的最重要病害之一。该病大流行不仅造成小麦大面积减产，受赤霉病菌感染的籽粒还会积累真菌毒素，严重威胁食品安全和人体健康。化学防治仍是当前赤霉病防控的重要措施，但过分依赖化学防治导致病菌对杀菌剂产生了抗药性；此外，由于缺乏高抗赤霉病的小麦品种，当前小麦赤霉病在我国仍将保持高位发生态势。随着目前农药减量增效工作的不断推进，新的小麦赤霉病防治方法的发掘与探索显得尤其重要。
禾谷镰孢菌三组分类双生病毒（Fusarium graminearum gemytripvirus 1，FgGMTV1）是本团队发现的第一个真菌多组分DNA病毒，也是目前类双生病毒科唯一的多组分病毒。病毒FgGMTV1可以两种形式存在：AB（DNA-A和DNA-B）和ABC（DNA-A，DNA-B和DNA-C）。AB病毒可以显著抑制寄主真菌的生长、孢子产量和致病力，但是病毒不稳定且不会通过分生孢子垂直传播；ABC病毒不影响寄主真菌的表型和致病力，病毒稳定且可以通过分生孢子传播。DNA-C组分是病毒隐性侵染的关键组分。
本研究基于FgGMTV1三组分串联的侵染性克隆，通过系列缺失DNA-C组分编码蛋白p26的序列，筛选获得稳定侵染且不影响寄主表型的突变体p26-D4，证实可容纳75-150 bp外源基因片段的插入，并高效沉默寄主过表达的 GFP 基因，成功构建了FgGMTV1诱导的基因沉默载体。利用病毒载体p26-D4靶向沉默禾谷镰孢菌致病或毒素合成的相关基因（ Tri1 , Tri5 , Tri10 , Tri101 , FgP1 , FgPP1 , FgSTE12 和 FgCYP51C ），共获得八株弱毒菌株。进一步证实，预喷施弱毒菌株可以有效降低强毒菌株PH-1在小麦穗的扩展和毒素积累水平，防效达76%以上；而且证实田间真菌病毒可以从弱毒菌株高效传播到强毒菌株中，靶向沉默强毒菌株的关键基因，从而有效防控小麦赤霉病。
综上所述，该研究建立了首个真菌病毒诱导的基因沉默系统，可以定向设计寄主真菌的靶点基因，获得相应的弱毒菌株，通过真菌病毒的传播，有效防控病原真菌病害。这项研究成果为真菌病害的防控提供了一种新策略、新技术和新资源。
中国农业科学院植物保护研究所郭立华研究员为论文通讯作者，博士生张理航和王双超副研究员为该论文的共同第一作者，已毕业的阮少键硕士，博士生Clement Nzabanita和王燕飞也参与了相关工作。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。
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