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記者近日從中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所（以下簡(jiǎn)稱“新疆生地所”）獲悉，該所荒漠植物保育及抗逆分子機(jī)理團(tuán)隊(duì)，在荒漠苔蘚齒肋赤蘚中得到抗逆基因ScALDH21，有望破解棉花育種長(zhǎng)期存在的“抗病不高產(chǎn)、高產(chǎn)不抗病”難題。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國(guó)際期刊《植物生物技術(shù)雜志》。

據(jù)了解，棉花黃萎病由土傳真菌大麗輪枝菌引發(fā)，其微菌核可在土壤中潛伏數(shù)十年，寄主范圍廣、致病性持續(xù)進(jìn)化，化學(xué)防治效果有限，嚴(yán)重影響棉花產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)，栽培棉遺傳基礎(chǔ)單一，抗病基因資源短缺?！翱共?高產(chǎn)”是棉花育種領(lǐng)域的關(guān)鍵課題，挖掘兼具抗病性與穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)特性的功能基因，是現(xiàn)階段全球棉花育種亟需解決的核心科學(xué)問(wèn)題。

新疆生地所研究團(tuán)隊(duì)在新疆古爾班通古特沙漠的極端耐旱苔蘚齒肋赤蘚中，獲得棉花等被子植物中缺失的抗逆基因ScALDH21，并將其轉(zhuǎn)入棉花。

實(shí)驗(yàn)室接種大麗輪枝菌試驗(yàn)結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因棉花莖部病原菌含量顯著低于非轉(zhuǎn)基因?qū)φ?，葉片黃化萎蔫癥狀、維管束堵塞程度明顯減輕。接菌處理后，轉(zhuǎn)基因棉花株高、葉片生物量均顯著高于對(duì)照組，發(fā)病率與病情指數(shù)同步下降，證實(shí)ScALDH21可顯著提升棉花對(duì)黃萎病的抗性。

基于上述基礎(chǔ)，科研團(tuán)隊(duì)在新疆南北疆進(jìn)行了多年多點(diǎn)大田實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因棉花黃萎病抗性大幅提升，小區(qū)產(chǎn)量比受體對(duì)照提升23.8%。并且轉(zhuǎn)基因棉花的纖維長(zhǎng)度、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)照棉花。

研究進(jìn)一步解析了異源基因改良棉花抗病高產(chǎn)的全新機(jī)制，并揭示了ScALDH21具有雙功能蛋白兼具醛脫氫酶活性和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能。

該研究不僅為棉花抗黃萎病育種提供了優(yōu)異基因資源，更證實(shí)了極端抗逆荒漠植物的特有基因，可在棉花中實(shí)現(xiàn)功能遷移與高效利用，為全球糧食與經(jīng)濟(jì)作物抗性育種提供新的思路和重要借鑒。