[转载]王志伟课题组:内生真菌或助作物选育抗逆品种 


王志伟课题组:内生真菌或助作物选育抗逆品种
 时间:2009年4月14日10:57     来源:科学时报
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摘要: 去冬今春,我国北方的大面积干旱让公众对作物抗干旱、抗病虫害研究有了更多的关注,作物抗逆研究的重要性也逐渐被人们所认识。通常,进行作物抗逆研究的主要途径是转基因技术,而南京农业大学教授王志伟课题组在对禾本科植物内生真菌的生物学特性和进化规律研究后认识到:利用禾本科植物和内生真菌互利共生的特性,也有可能达到作物抗逆品种选育的目的。

  去冬今春,我国北方的大面积干旱让公众对作物抗干旱、抗病虫害研究有了更多的关注,作物抗逆研究的重要性也逐渐被人们所认识。通常,进行作物抗逆研究的主要途径是转基因技术,而南京农业大学教授王志伟课题组在对禾本科植物内生真菌的生物学特性和进化规律研究后认识到:利用禾本科植物和内生真菌互利共生的特性,也有可能达到作物抗逆品种选育的目的。

 

  在国家自然科学基金持续支持下,王志伟课题组最近从中国本土植物中接连发现几个禾本科植物内生真菌新种,其中两篇相关论文发表在美国真菌学会会刊Mycologia(2009年第二期)上,第三个新种相关论文已收到该杂志的确认接收函。加上2006年发现的“扬子香柱菌”,该课题组已从我国本土植物中先后发现了4个真菌新种。

 

  发现“中华羊茅内生菌”

 

  “禾本科植物内生真菌是真菌家族中奇特的一员,它和特定的植物互利共生。对其进行研究可能会解开微生物之间的奇妙关系,也有助于揭秘植物和微生物之间的关系,从而控制植物的病害、培育抗逆品种。”王志伟对《科学时报》记者说。

 

  羊茅属植物内生真菌一般在欧美原产的植物中较多,而王志伟课题组最新发现的禾本科植物内生真菌新种是在中国的羊茅属植物上首先找到的,并最终被冠以“中华”的名称。

 

  在一次采样中,项目组成员发现了小颖羊茅中含有内生真菌。之后王志伟的硕士生陈永敢先后在南京的将军山、珍珠泉、紫金山一带以及杭州九溪等地也发现了这类真菌。陈永敢从各地的植株中分离得到了许多菌株。他们首先利用经典分类法调查,并利用这些菌株的基因组DNA调查了代表性菌株的分子系统发育学特征,证明了这些菌株在经典分类学和分子系统学上的独立性。

 

  羊茅内生真菌就像植物体的一部分,必须通过显微镜观察才能检测到,而观其形状,这种真菌也与普通的菌类有很大不同,一般菌丝平行分布于植物细胞间隙,略弯,无分叉,不入侵宿主细胞,也不会导致菌丝体周边的宿主细胞发生凋亡、坏死、变色等异常变化。根据这些特点,这种真菌为典型的植物内生真菌。根据它的发现地点及宿主植物,陈永敢提议将羊茅内生真菌命名为“Neotyphodium  sinofestucae  Y.  Chen,  Y.  Ji  et  Z.  Wang  2009”(即中华羊茅内生菌),这一命名得到了国际同行的认可,不久将在Mycologia发表。

 

  正是因为美国研究人员从羊茅中发现的类似菌种能让宿主在抗虫、抗旱方面表现出优良的性状,王志伟课题组才选择了和以小麦近源的植物为主作研究。王志伟说:“现在还处在基础研究阶段,刚刚发现几个新菌种,目前说不上什么实际的应用。禾本科植物内生真菌到底以什么形式对宿主提供利益,这还需要仔细的研究。从美国羊茅内生真菌对羊茅优良性状的作用看,将来这种禾本科植物内生真菌可能会让禾本科作物大变样。”目前,王志伟教授课题组的纪燕玲讲师正在国家自然科学基金的支持下挑战这一课题。

 

  意外发现内生真菌的“特长”

 

  在禾本科植物中,内生真菌往往能给宿主植物带来比较明显的有益性状,如抗虫、抗旱、促进生长等。美国的主要禾本科牧草——苇状羊茅品种“K31”就是一个典型的例子,和内生真菌的互利共生使这个品种变得更加适应各种环境,特别是抗虫、抗病乃至抗干旱。

 

  在科学史上,“K31”中内生真菌在羊茅优良性状表现方面神奇作用的发现也是一个意外。

 

  在美国,畜牧业的发展主要靠“K31”支撑。这是一种原产自地中海北岸的优良牧草品种。但人们很快发现,如果牛只吃这种草,每到夏季就会出现烂尾巴、烂耳朵等症状,过了夏天,这些症状就消失。为解决这一问题,人们对这种牧草进行了深入研究。到了上世纪70年代,人们发现病因是这种牧草中含有一种特殊的内生真菌。但如果把这种内生真菌剔除,羊茅的很多优良性状也一同消失了。

 

  自然界有很多奇妙的和谐共生的例子。人们对内生真菌的研究发现,这种内生真菌能与宿主植物进行良好的互利共生,它存在于宿主植物中却不会引起植物病害。而且还可能产生生物碱等物质,促进植物的抗虫、抗病性能。

 

  “发现这一现象后,研究人员就开始关注禾本科植物的内生真菌。如果在禾本科植物,如小麦、水稻等作物中也找到类似作用的内生真菌,那就太有意义了。禾本科植物对人类太重要了,我们的粮食和动物饲料很多都来自禾本科植物。”王志伟说。

 

  “聪明”的内生真菌

 

  据陈永敢介绍,内生真菌有令人难以置信的“聪明”,此次发现的羊茅内生真菌新种至今只能在小颖羊茅中找到。小颖羊茅是一种禾本科植物,很多植物与它很相像,但此菌在寻找“宿主”过程中,却无一差错发生。

 

  专家们分析,这种宿主特异性是理解生物之间相互作用的一个关键问题,特别是对于了解植物和微生物之间的关系(如互利共生、单纯的共存或致病等)有十分重要的意义。在生态保护好的地方,小颖羊茅内生真菌相对较多,在人为干扰比较多的地方一般很少发现。比如将军山一带,至今的采样表明,此处羊茅属植物含菌量较为丰富。因此,这个问题也折射出本土植物与生物资源的保护问题。“现在城市周边人工绿化越来越多,而本土植物则作为杂草受到绞杀和驱逐,10年前可以在校园内随处找到的植物标本,由于校园的人工绿化,现在需要到步行一小时到紫金山去找。越来越多的本土植物开始远离城市,甚至消失。这是一个可惜又可悲的现象。”王志伟说。

 

  如何让作物大变样

 

  “这些工作的独特之处在于,我们用现代遗传学的方法,对禾本科植物内生真菌的进化起源途径、进化模式和种的起源方式进行了研究,掌握了新种是怎么产生的。”王志伟说,“这些研究对发现新菌非常有用,我们在2006年发现新种后,用类似的方法,扩大研究范围,今年又报道了3个新菌种。”

 

  和国内作同类研究的机构不同,王志伟课题组主要在耕作区的野草中寻找这些微生物,想利用这些微生物和作物的共生互利现象为农作物改良做些工作。

 

  科学界研究内生真菌将近30年了,还从未在作物体外分离、检测到这种菌。换句话说,没有人从活体植物以外发现这类真菌。“它可随植物的种子传代,但不随花粉进行传播。因此用这个东西很安全,它不会扩散到环境中去,也很难转移到其他植物中去。”王志伟说,“正因为这样,这种菌的人工接种很困难。”

 

  “从美国羊茅和内生菌的关系看,这一研究的影响相当大,但现在还没有在新菌中发现优良性状的迹象。因为菌株不同,它的性状会有很大差异。这就需要广泛的去找,即便是现在发现的几个菌种没有一些优良的性状,但将来发现的其他菌种也可能会有。”王志伟说。(张双虎)
 

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