合肥研究院在小麥閉穎機制解析研究中取得進(jìn)展

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程研究所研究員吳麗芳課題組發(fā)現(xiàn)經(jīng)物理誘變篩選的小麥閉穎品系ZK001（中科0101，CNA20150325.7）可減輕小麥赤霉病的發(fā)生，是小麥抗赤霉病機制研究和抗病育種的優(yōu)良種質(zhì)。有關(guān)小麥閉穎機制解析研究近期取得新進(jìn)展，相關(guān)成果被國際農(nóng)學(xué)領(lǐng)域期刊The Crop Journal 接收發(fā)表。

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，然而其產(chǎn)量和品質(zhì)不斷遭受各種生物和非生物因素威脅，特別是小麥赤霉病，是小麥生產(chǎn)亟待突破的世界性難題，嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)。由赤霉病菌產(chǎn)生的赤霉毒素是生物致畸致癌物質(zhì)，食用病麥產(chǎn)品后會引起人畜流產(chǎn)、嘔吐，嚴(yán)重影響人畜健康。我國小麥赤霉病常年發(fā)病面積超過533萬hm2，其發(fā)生范圍和危害程度正進(jìn)一步擴(kuò)大，且呈現(xiàn)出北擴(kuò)西移的趨勢。因此，研究小麥赤霉病發(fā)生的侵染機制，發(fā)掘并創(chuàng)造抗病種質(zhì)資源、培育抗病品種對于穩(wěn)定小麥產(chǎn)量和保障食品安全具有重要意義。

研究發(fā)現(xiàn)，整個開花過程中，ZK001的花藥始終滯留于穎殼內(nèi)，而對照品種豫麥18的花藥能突破內(nèi)稃和外稃正常暴露在穎殼外；進(jìn)一步觀測發(fā)現(xiàn)二者小花中漿片的形態(tài)存在顯著性差異。此外，從白花藥期到黃花藥期，豫麥18 漿片中Ca2+和K+含量顯著高于ZK001中的Ca2+和K+含量。小麥赤霉病鑒定結(jié)果表明，ZK001 的病籽粒率和DON 毒素含量顯著低于其對照品種豫麥18 和黃淮麥區(qū)主推品種荃麥725。綜合豫麥18和ZK001間的綠花藥期小花轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)基因主要參與細(xì)胞壁的合成與降解、碳水化合物的代謝、植物激素的代謝、水通道和離子的結(jié)合、轉(zhuǎn)運，以及細(xì)胞穩(wěn)態(tài)等過程，可能在調(diào)控細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、滲透壓和漿片發(fā)育中起到了重要作用，從而使ZK001 中萎縮的漿片在開花過程中失去了推開內(nèi)稃和外稃的能力。ZK001的閉穎性狀可能為在開花過程中防止小麥赤霉病病原菌侵染提供重要的結(jié)構(gòu)性物理隔離，該研究對小麥花發(fā)育與病蟲害防御機制研究及分子育種應(yīng)用具有重要的理論研究和應(yīng)用價值。