《作物疫病菌的致病机理》

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疫霉菌属于茸鞭生物界卵菌门,有120余种,多数是重要的植物病原菌,引起的作物疫病严重威胁着人类生态安全和粮食安全,每年给中国马铃薯、大豆、棉花、蔬菜和果树等造成的经济损失高达数百亿元。疫霉菌的致病过程与其他真菌明显不同,由于病菌难以分离培养与遗传转化,对其致病机理的了解比较滞后,限制了病害控制技术的研发。疫霉菌在致病过程中能够分泌大量效应子破坏植物的抗病性,而植物又能识别特定效应子产生抗性,因此效应子是疫霉菌致病和植物抗病的关键因素。该项目在国家973计划和公益性行业专项等的支持下,以中国大豆生产上的主要病害——大豆疫病为研究对象,以效应子为切入点,就大豆疫病发病过程中病原菌如何利用效应子干扰寄主的抗病性、效应子如何通过寄主细胞膜向胞内转运、效应子如何变异导致田间作物抗性丧失等重要科学问题开展了系统的研究,取得了以下重要科学发现:揭示了疫霉菌利用效应子干扰植物抗病性的分子机理:发现多个关键效应子能够以不同的方式干扰植物的抗病反应,疫霉菌在侵染的不同阶段能够对不同功能效应子进行精确的转录编程,不同效应子可以相互协作以团队作战的方式干扰植物的抗病性;阐明了效应子向寄主胞内转运的分子机理:发现疫霉菌分泌的效应子能够与寄主细胞膜上的磷脂酰肌醇类化合物结合,通过胞吞作用进入寄主细胞内,而且这种机制在其他真核病原菌中广泛存在,提出了通过抑制效应子转运的植物抗病育种新策略。澄清了疫霉菌无毒基因的分布及变异规律:创建了一套克隆疫霉菌无毒基因的新方法,鉴定了大豆疫霉无毒效应子Avr3b,明确了大豆疫霉菌主要无毒基因在中国的分布和田间变异规律,提出了基于无毒基因分布指导大豆抗病基因利用的作物疫病精准控制策略。该研究成果显著推动了国内外同行关于真核病原菌效应子的研究,不但对认识作物疫病菌的致病机理提供了重要的基础理论知识,也为基于识别和抑制效应子的抗病分子设计育种提供了理论支撑,对发展作物疫病可持续性控制策略具有重要的指导价值。该成果获2014年度教育部自然科学一等奖。项目8篇代表性论文分别发表在Cell、Plant Cell和PLoS Pathogens等国际权威期刊,累计影响因子88.878 (5篇>8,单篇最高35.532)。被他引470次,SCI他引330次,单篇最高134次,其中被综述文章引用106次(32%)。发表的论文分别被德国马普研究所、英国Sainsbury Lab实验室、康奈尔大学、瓦赫宁根大学等国际顶尖植物学研究机构在Annual Reviews、Nature Reviews等权威综述,以及Cell、Science, PNAS和Plant Cell等高水平期刊引用或评述。20篇论文被SCI他引477次。该项目培养了2位长江学者和3位国家杰青,第一完成人王源超教授是该领域核心期刊MPP和MPMI的高级编委,并应邀于2016年7月在美国召开的第17届MPMI大会上进行大会特邀报告。

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