廿余载科研长跑：“亮剑”世界难题小麦赤霉病

■本报记者 李晨 通讯员 许天颖

风吹麦浪，金穗飘香。南京农业大学有一个团队，为了解决小麦“癌症”赤霉病这一世界性难题，围绕抗赤霉病育种中“选什么基因、用什么亲本、怎么选”的瓶颈问题持续攻关二十余载。

团队负责人、南京农业大学教授马正强告诉《中国科学报》，该团队已经鉴定出18个抵抗小麦“癌症”的遗传位点，建立了高效的抗赤霉病分子育种技术体系，创造出上百个抗赤霉病、综合性状优异、适应不同生产区的新种质，并以此为基础成功选育出高产抗赤霉病新品种。他们还将基础研究与应用研究相结合，成为“顶天立地”的农业科研样本。

向小麦领域世界性难题发起挑战

“小麦赤霉太可怕，四个麦穗能烂仨。”小麦赤霉病是由多种镰刀菌真菌引起的小麦病害，防治困难、极具毁灭性，不仅会造成严重减产，还影响小麦籽粒品质和食品安全。

马正强说，长期以来，缺乏抗病基因和易用的育种种质，表型选择难、准确性差，导致小麦高产抗赤霉病育种技术一直难以突破。

1998年，从美国留学回国的马正强意识到，基因组学将在复杂性状遗传解析中发挥关键作用。于是他选定了小麦赤霉病抗性这个极其重要的复杂育种性状，以抗病遗传基础解析、抗病基因挖掘、优异种质创新和育种利用为团队的主攻方向。

南京农业大学所处的长江中下游麦区一直是小麦赤霉病重发区，长期的高压环境孕育了一批以江苏溧阳“望水白”为代表的高抗赤霉病地方品种，它和“苏麦三号”是目前为止世界上最好的抗赤霉病种质。

然而，几乎所有赤霉病抗源都存在育种中难以利用的问题。以望水白为例，虽然抗性好，但产量低，极易倒伏，哪怕微风吹过都会东倒西歪。他们要做的，就是挖掘出望水白中有用的基因，摒弃不良的“累赘”。

抗赤霉病与高产、优质等其它育种目标往往难以兼顾，抗性鉴定条件苛刻、表型选择效率低等问题难倒了不少同行。团队骨干、南京农业大学教授贾海燕介绍，要想成功利用这些抗源，必须明确其抗性受多少基因控制、基因所在的位置，以及效应、抗病的机制是什么，抗病基因是否影响其它育种目标性状等。

普通小麦是部分同源六倍体，其基因组相较其它作物要复杂得多。本世纪初，小麦基因组学研究还处于“婴儿期”。在2018年普通小麦基因组草图完成以前，“对赤霉病抗性这类复杂性状的研究，必须克服小麦基因组大、重复序列占比高、多态率低等一系列困难，还必须对作图群体进行多年、多点的抗性鉴定，以获取准确的表型数据”。贾海燕说，在此基础上，还需要进行抗病位点的精确定位、效应分析评价、基因克隆，建立分子育种技术体系等。

抗性鉴定实验：麦田里的“绣花功夫”

在抗病基因挖掘中，抗性鉴定准确与否，直接决定了研究的成败。考虑到赤霉病抗性鉴定结果受材料生长状态、接种后温湿度等影响，甚至刮风下雨等天气变化也会直接影响鉴定的准确性，仅仅依靠个别植株的结果无法说明问题。

“对赤霉病抗性这个性状，必须通过大规模、重复的接种鉴定才能获得可信的数据。”团队骨干、南京农业大学教授李国强介绍，在田间鉴定时，如果碰上小麦扬花期雨水少或气温偏低，当年的努力可能就白费了。

接种鉴定通常是从每年3月底持续到5月底。针对不同的抗性类型还需采用不同的接种方法。接种一定时间后，科研人员需要调查每个接种穗子的病节长度、病小穗数，或一定面积的病穗数。

记者来到一块约2000平方米的鉴定圃大棚，映入眼帘的是小麦植株上挂着的几十万个五颜六色的吊牌，不同的吊牌颜色和形状记录着不同的接种时间。这样的鉴定工作犹如大海捞针。

“我们多流汗，育种家就会少流汗；我们的结果越准确，育种家用起来就越顺手，效率才会高。”马正强常说的这句话，体现了团队一直以来面向应用做研究的初心。

经过20多年的科研跋涉，团队克隆了小麦中目前已知最重要的抗赤霉病基因Fhb1，该基因具有最强的抗扩展效应，还可降低籽粒中真菌毒素的积累。2018年，该基因及其应用获得中国和美国发明专利授权。2019年，部分研究成果发表于《自然-遗传学》。这对小麦抗赤霉病研究而言，是质的飞跃。

随后，他们采用分子育种策略将Fhb1导入来自江苏、山东、河南、四川等小麦主产区的易感或高感赤霉病小麦品种中，使小麦抗赤霉病扩展的能力提高76%以上。该基因不仅可以提高小麦对赤霉病的抗性，在玉米等其它作物中也可能提高其抗镰刀菌病害的能力。

科研终极目标是服务农业生产

刚刚过去的5月，近200位专家学者来到位于南京溧水的小麦抗赤霉病基因挖掘与种质创新试验基地，参加全国小麦抗赤霉病育种工作推进会议。现场展示的材料不仅包括大量抗赤霉病育种新材料，还有已通过审定或正在进行的区试或预试的新品系。

专家驻足在“南农999”等一系列用分子育种技术育成的抗赤霉病品系和种质前，对其田间抗性表现赞不绝口。中国工程院院士、山东省农业科学院研究员赵振东说：“该团队在抗赤霉病小麦育种方面已走在世界前列。”中国工程院院士、河南省农业科学院研究员许为钢表示：“该团队在抗赤霉病的理论和育种实践上是双丰收，田里展示的材料在黄淮麦区种植，不用担心赤霉病抗性。”中国工程院院士、中国农业大学校长孙其信也高度评价了多基因聚合的分子育种策略在小麦抗赤霉病育种中的价值。

该团队已创造了三代抗赤霉病种质和育种材料。他们创制的NMAS022等核心抗赤霉病种质先后两次免费发放给全国60多家育种单位，为小麦抗赤霉病育种提供了好用的亲本。这也成为该团队从基础研究到生产应用的重要节点，迈出了从种质创新到品种选育、从创新链到产业链的关键一步。