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NATL SCI REV | 李毅课题组和合作者联合揭示当前水稻生产极易遭受虫媒病毒的侵害

日期: 2022-07-07

水稻是世界重要粮食作物之一,其产量对粮食安全至关重要。由媒介昆虫传播的水稻病毒病害严重威胁水稻安全生产。病毒病害发生的爆发性和间歇性,导致至今还没有可持续和绿色控制水稻病毒病害的手段。近日,北京大学李毅教授课题组和福建农林大学吴建国教授课题组联合加州大学丁守伟教授和中国农科院水稻所钱前院士等在National Science Review发表题为:“Current rice production is highly vulnerable to insect-borne viral diseases”研究论文。该项目通过6年和多地的持续研究,发现多种水稻病毒几乎对我国重要的水稻种质均能造成不同程度的危害,测试的种质包括粳稻、籼稻、杂交稻以及不育系、恢复系等均缺乏对水稻病毒的广谱抗性。

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南方水稻黑条矮缩病毒(SRBSDV),水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)和水稻瘤矮病毒(RGDV)常年在亚洲多个地区发生。为了研究我国重要的水稻种质对近年来流行的水稻病毒的抗性,课题组首先对136份水稻种质在温室进行人工接种SRBSDV,发现绝大多数水稻种质对该病毒高度敏感。表明我国常见的水稻种质可能对SRBSDV均不具备抗性。为了进一步确定这一结果,课题组与福建农科院谢华安院士等课题组合作,共收集了528份重要的水稻种质,涵盖了我国推广面积最大的杂交稻、应用面积最大的常规稻以及配组组合最多的不育系和恢复系等,并对528份水稻种质连续6年分别在广西南宁和桂林进行田间抗病毒鉴定,发现至少有25%的水稻种质发病率高达80%以上。在20162021年间,课题组在河南开封和福建云霄两地对528份水稻种质分别进行了RBSDVRGDV的田间水稻抗病毒鉴定实验,发现所有的水稻种质均可被RBSDVRGDV侵染。为了进一步探究水稻病毒对水稻生产造成的危害,作者随机选取20个水稻种质,并统计了RBSDVSRBSDV对水稻结实率的影响,结果显示这两种水稻病毒的侵染严重的影响了水稻的结实率。这些结果表明目前培育的水稻种质对水稻病毒均不具有广谱抗性,一旦这些水稻病毒爆发,将会造成水稻严重减产,影响粮食安全。作者还利用GWAS,对528份水稻在广西南宁和桂林的田间数据进行QTNs抗病毒相关位点分析,在124712号染色体上共发现了7个与水稻耐病高度相关的QTNs位点,这为进一步揭示水稻抗病毒遗传机制提供了可能性。

图1. 水稻病毒在亚洲的主要分布

多年来,大量的科研工作者致力于提高水稻产量,增强水稻对病原物的抗性,并将对真菌和细菌的抗性作为重要的育种指标。然而,在育种筛选中,并没有将水稻病毒的抗性作为必要的指标。自1990年以来,由于杂交水稻的大规模种植,许多水稻产区的水稻生产受到多种虫媒病毒病的周期性、持续性威胁,造成了严重的产量损失。例如,20022004年水稻条纹病毒(RSV)对江苏粳稻区造成了严重的危害;2007年水稻矮缩病毒(RRSV)在福建籼稻区爆发;2010年、20162019年南方水稻黑条矮缩病毒(SRBSDV)在广东、广西籼稻区爆发;2011年至今水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)在河南开封粳稻区传播。该项研究显示,现有的水稻种质均缺乏对水稻病毒的广谱抗性,一旦水稻病毒病再次大规模爆发,将严重影响中国的水稻安全生产。因此,研究者呼吁应尽快制定一套评估水稻病毒病抗性准则,并将其纳入品种认证和批准准则。

图2. 528份水稻种质资源对3种不同水稻病毒的抗病毒鉴定及GWAS分析

福建农林大学吴建国教授为通讯作者和第一作者,北京大学李毅教授、加州大学丁守伟教授和中国农科院水稻所钱前院士为共同通讯作者;福建农林大学博士生杨国一、赵珊珊副教授、张帅副教授;广西农科院植保所秦碧霞副研究员和福建农科院水稻所朱永生助理研究员为共同第一作者;该项目得到了国家杰出青年基金、国家基金委重大项目以及联合基金重点项目等支持。

论文链接:https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac131/6632992?searchresult=1

参考文献:

Jian-guo Wu, Guo-yi Yang, Shan-shan Zhao, Shuai Zhang, Bi-xia Qin, Yong-sheng Zhu, Hui-ting Xie, Qing Chang, Lu Wang, Jie Hu, Chao Zhang, Bao-gang Zhang, Da-li Zeng, Jian-fu Zhang, Xian-bo Huang, Qian Qian, Shou-wei Ding, Yi Li. Current rice production is highly vulnerable to insect-borne viral diseases, National Science Review, 2022. https://doi.org/10.1093/nsr/nwac131.

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