中西部地区的玉米种植者对北方玉米叶枯病的症状非常了解:患病的玉米叶片上常会出现绿灰色病斑,如不及时发现和治疗,便会导致玉米产量下降。即使人们在玉米中已经发现了抗病基因,但真菌仍可通过攻击叶片周围的组织,从而达到破坏的目的。目前,研究人员发现了真菌侵染玉米叶片的机制,这有利于我们找到防止玉米染病的方法。
伊利诺斯大学作物科学系植物病理学家Santiago Mideros说:“目前,我们正在寻找真菌中诱发玉米叶枯病的基因。这些信息有利于玉米种植者通过杂交获得更加持久的抗性。”
Mideros和他的同事们发现了导致玉米叶枯病的两个基因,该项研究成果对了解真菌和玉米基因组的相互作用机理具有十分重大的意义。目前,该研究成果已经发表在了《植物病理学》杂志上。
玉米中的Ht1,Ht2,Ht3及HtN基因可帮助其抵抗病原菌的感染。这些基因可表达为保护植物免受真菌侵染的蛋白质,但具体机制尚不明确。真菌可通过进化避免遭到植物抗病基因的抵抗而再次侵染植物。
Mideros说:“当你在机场安检时,他们是在寻找你身上携带的武器。同理,植物也是在寻找病原体拥有的武器。但是病原体可更换武器,从而使其不能被植物检测到。”
人们发现玉米和真菌基因之间的相互作用已有数十年,但到目前为止,科学家们还不了解真菌中这些基因的组成及其在基因组中的位置。为了获得这些信息,科研小组研究了不同的真菌菌株:其中一种可使Ht1玉米植株染病,另一种则没有致病性,并绘制了其后代的基因图谱。
Mideros解释说:“根据这些信息,我们可以发现真菌中的致病基因。”研究中,他们还确定真菌中致病基因AVRHt1及其候选基因AVRHt2的位置。此外,研究人员还确定了可以识别致病菌的分子标记。
Mideros说:“利用分子标记,我们可以对环境中的病原菌进行鉴定。于是农民便可以种植可抵抗特定区域特定病原体的玉米品种。”
Mideros还强调:“未来还有很多工作要做,目前我们已经迈出了第一步。”
Mideros在《植物病理学》杂志上发表了一篇名为“玉米大斑病菌毒力和体外发育的决定因素”的文章,其合作者包括台湾大学的Chia-Lin Chung、美国农业部农业研究组织(USDA-ARS)的Jesse Poland 及康奈尔大学的Tyr Weisner-Hanks、Donliang Wu、Ariel Fialko、Gillian Turgeon及Rebecca Nelson。该项目由麦克奈特(McKnight)基金和美国农业部共同支持。