福建：一场水稻与病原菌的“军备竞赛”

田大刚团队在室内种植水稻，验证抗性基因与无毒基因的互作。

田大刚在实验室检测稻瘟病菌株。

在实验室进行稻瘟病菌株培养。

位于龙岩上杭县茶地镇的试验田。

水稻是世界上50%以上人口的主粮，也是我国最重要的粮食作物之一，却经常受到稻瘟病的侵扰。据统计，全球范围内每年因稻瘟病造成的损失高达水稻总产量的10%。

“利用可靠的抗病品种鉴定理论与技术体系，是建立稻瘟病绿色高效防控体系的关键。”11月，省农业科学院生物技术研究所副研究员田大刚率团队在水稻与稻瘟病菌互作方面取得重要进展，鉴定出福建稻区的优势无毒基因型，以及相对应的表现出良好抗病性的抗病基因。

相关文章发表于植物与微生物互作专业期刊Frontiers in Microbiology。这一研究，将为水稻抗病品种的科学布局、抗病育种及稻瘟病的综合防控提供重要的科学依据。

水稻的“癌症”

稻瘟病，相当于水稻的“癌症”。

早在1637年，明朝著名科学家宋应星就在《天工开物》中将稻瘟病命名为“发炎火”。后来，科学家发现这是一种严重的真菌性病害。

“在我国，稻瘟病在所有水稻栽培地区均有发生，流行年份造成的产量损失据估计为10％~30％，严重时可达40％~50％，甚至颗粒无收。”田大刚说。

2008年起，我国水稻新品种审定开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制。“如果水稻对稻瘟病的抗性差，审定就通不过。”田大刚说。

但长期以来，因水稻品种的抗病性及其抗病基因组成不清，稻瘟病菌群体的优势无毒基因型不明，以致抗病基因在稻瘟病控制中未能得到充分利用。

“目前抗病品种的鉴定、筛选主要依靠自然发病，此方法易受田间发病条件影响，多数情况下品种抗病性鉴定结果不可靠。”田大刚说。然而，从水稻、病原菌DNA入手鉴定，则不然。

在田大刚看来，只有研究和利用水稻自身抗性基因，培育、推广抗病品种，方为上策。早在2008年，田大刚就率领团队开展抗病品种的选育。近年来，该团队在水稻与稻瘟病互作抗病育种的研究中取得许多重要进展。

植物的免疫系统与动物类似，是经过与病原菌的长期斗争所塑造的。“在稻瘟病原菌中，由无毒基因表达生成的效应蛋白，只能被水稻中相应的抗病基因感知，从而触发水稻抗病反应，及时‘抵抗’稻瘟病。”田大刚说，抗病基因就像水稻中一扇特殊的“闸门”，阻止效应蛋白进入；若水稻缺失相应的抗病基因，就无法对抗病原菌。

正所谓“一副毒药配一副解药”。“一种抗病基因就会有相应的一种无毒基因与之对应。”但摆在田大刚面前的问题有很多，如，有的水稻抗性品种推广几年后就会丧失抗性，是优势菌群变了，还是无毒基因“升级”了？

“知己知彼，方能百战不殆。”他想要研究微观世界中的无毒基因、抗病基因等，摸透“水稻-稻瘟病菌互作”机制，在水稻与病原菌的这一场“军备竞赛”中拔得头筹。

也因此，一场轰轰烈烈的试验，在闽西的一个小山村展开了。

田埂上的试验

2018年的春天，龙岩上杭县茶地镇的一处田间，迎来了117类特殊的“客人”，将要“迎战”稻瘟病。

它们是来自南方11个稻区的水稻，除了生产于本省的品种外，还有的来自广东、湖南、江苏、广西等地区。

这是省农业科学院生物技术研究所花了10余年时间，从我国50多年来种植面积较大的水稻品种中筛选出来的。“想通过鉴定这些品种的抗病基因，了解抗病基因在这些品种中的分布情况。此外，通过鉴定这片稻田中不同类型发病品种，找到稻瘟病菌中无毒基因的优势基因型。”田大刚说。

好客的茶地镇提供了充裕的空间。“每个品种种植14株，分两行。”在田大刚的指导下，一行又一行翠绿壮实的水稻秧苗依次插在了田间。

7月下旬的苗期、8月下旬的最大分蘖期……季节交替中，他们获得了这些品种在田间生长不同时期的鉴定数据。

当茶地镇遍地稻谷随秋风泛金波时，这片试验田里的水稻却是枯死衰败之景：叶、茎、叶鞘等均出现不同程度的发黄、发黑，靠近一闻，还会有腐烂味。“这就是稻瘟病了。”田大刚说。

原来，在这种稻瘟病多发重发的地区，多数水稻品种在整个生长期间，需要打多次农药才能保证收成。“但为了充分反映出抗病基因与无毒基因的互作情况，我们利用田间自然发病，因此这片试验田整个生育期阶段都不会打药。到成熟期，我们选择不同类型发病品种，分离菌株。”田大刚说。

试验也从田埂转到了实验室。在南平农科所，田大刚合作的团队成员在超净工作台前，对田埂中的稻穗一一取样、分离、培养、鉴定、保存，花了一个多月时间分离出稻瘟病菌株。

田大刚发现，这些不同时期的主栽品种，既没有表现出田间抗病性的明显差异，又不含有数量明显不等的抗性基因。“这意味着，抗稻瘟病基因在过去育种过程中的大多数时期未得到充分重视，这可能是因为过去的育种家更多的关注点在产量、品质等方面，或是这些品种多数没有经历过发病区的筛选。”

他还发现，碱基缺失、转座子插入和基因片段重复是当地稻瘟病菌小种几个关键无毒基因变异的主要原因。“无毒基因变了，水稻原有的抗性基因就无法识别它了。这也解释了为何有的水稻品种含有抗性基因却丧失了抗病性。”

当然，一些优势无毒基因型和抗病基因也被筛查出来了。“鉴定到的无毒基因AVR-Pi9中，几乎不存在变异基因型，说明它是很稳定的‘靶点’，能持续被水稻中对应的抗病基因识别。”田大刚说，另外他们还对在鉴定到的抗性品种中贡献抗性的Pi2、Pigm（抗病基因）等进行了抗性验证，确定它们对当地的生理小种也表现出很好的抗性，暗示了这两个抗病基因对应的无毒基因，必将是优势无毒基因型。

“通过水稻抗性基因与稻瘟病菌无毒基因的关联分析，我们不仅摸清了水稻抗病基因应用情况，也知道了稻瘟病菌生理小种中的优势无毒基因型，这为我们下一步选择抗病基因育种提供了有价值的参考。”田大刚说。（记者 林霞 文/图）