孔令让（右二）和其团队成员在讨论实验相关情况。 翟荣惠 摄
近日，国际顶尖学术杂志《科学》在线发表了孔令让团队重要学术突破。他们在全球首次从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病关键基因Fhb7，成功将其转移至小麦品种中，并揭示了其抗病分子机制。这是我国小麦研究领域首篇《科学》文章，也是我国小麦重要功能基因研究领域首篇CNS（《细胞》《自然》《科学》）三大主刊文章。
“金钥匙”解决世界难题
小麦赤霉病是威胁世界粮食生产和食品安全的重大难题，不但减产毁质，其产生的呕吐毒素严重污染食品和饲料，被世界卫生组织定为三级致癌物，可引起人畜中毒。呕吐毒素的逐渐积累，会破坏和影响人和动物的免疫功能。
长期的生产实践证明，小麦赤霉病基本不可治，预防难度也非常大，因此被称为小麦“癌症”。根除小麦赤霉病，培育与利用抗病品种是最经济、有效并环保的选择。但人们至今未发现赤霉病免疫的小麦种质资源。“受制于理论认知和技术水平，半个多世纪以来，关于赤霉病的研究全球鲜有突破性进展，特别是小麦种质资源中可用的主效抗赤霉病基因非常稀少。”长期从事小麦抗赤霉病育种的中国工程院院士程顺和指出。小麦近缘植物长穗偃麦草携带抗病、抗逆等许多优异基因，利用远缘杂交技术，可以将这些优良的外源基因转移到小麦上。
孔令让团队获得的抗赤霉病基因Fhb7就来源于长穗偃麦草，随后他们通过群体遗传分析表明，该基因使得赤霉病病情指数降低超过30％，是高效抗性基因，明确了其在小麦抗病育种中的稳定抗性和应用价值。
他们将携带该基因的小麦种质材料分发到30多家育种单位，用于小麦赤霉病抗性的遗传改良，并在山东、河南、江苏、安徽等小麦主产区进行了广泛试验。数据表明，Fhb7基因具有广谱抗性，携带该基因的植株在抗小麦赤霉病的同时，对小麦另一大病害茎基腐病也表现出了明显抗性，同时对产量无负面影响。
目前，携带Fhb7基因的多个小麦新品系已经进入国家、安徽省、山东省预备试验和区域试验，并被纳入我国小麦良种联合攻关计划，为从源头上解决小麦赤霉病问题提供了解决方案。更加可喜的是，他们发现Fhb7基因可以有效分解呕吐毒素，产生解毒效应，这一特性有望在粮食深加工和饲料工业中得到广泛应用，有效解决我国存储粮积累造成的呕吐毒素污染问题。
这一发现为解决小麦赤霉病这一世界性难题找到了“金钥匙”，“更让我们把小麦抗赤霉病种质资源牢牢掌握在了自己手里！”孔令让难掩激动之情。
二十年磨一剑找到关键基因
“抗赤霉病基因Fhb7克隆及育种利用是极具战略意义的，其研究内容承前启后，无缝交织成了一个完整的科学故事，阐释了极具战略意义的抗赤霉病Fhb7基因从发现、组装、克隆、解析到运用的前世今生。”美国国家科学院院士、北京大学现代农业研究院首席科学家邓兴旺对该研究给予高度评价。
这一科学故事背后凝结的是孔令让团队20年磨一剑的科研心血。近20年来，孔令让及其研究团队一直致力于从小麦及其近缘种（如二倍体长穗偃麦草、十倍体长穗偃麦草等）中挖掘抗赤霉病基因的研究。幸运的是，他们从长穗偃麦草7E染色体长臂末端发现了一个主效抗赤霉病基因，并命名为Fhb7。随后，经过对抗病基因初定位、精细定位、图位克隆、抗病分子机制解析等长期探索，成功将该抗病基因转移至小麦品种中。
论文第一作者和共同通讯作者王宏伟向记者详细介绍了研究成果的五个发现：克隆了Fhb7抗赤霉病基因；发现Fhb7基因编码的酶对呕吐毒素具有解毒功能；提供了真核生物间核基因组DNA水平转移的功能性证据；组装了长穗偃麦草基因组；发现Fhb7基因对整个镰刀菌属病原菌具有广谱抗性。团队采用传统图位克隆技术，使用细胞遗传学、突变基因组学、病毒诱导的基因沉默和转基因技术，对来自长穗偃麦草基因组的抗赤霉病基因Fhb7进行了充分的功能性验证。通过系列分子实验和高分辨质谱分析，发现Fhb7编码的蛋白可以打开呕吐毒素的环氧基团，并催化其形成谷胱甘肽加合物，从而产生解毒效应。
在深入研究的过程中，团队还发现了一个令人惊奇的科学现象——整个植物界没有发现Fhb7的同源基因，而在香柱内生真菌中发现了高度同源基因。论文第一作者孙思龙副教授分析，“该基因很可能是通过基因水平转移，从香柱内生真菌整合进了长穗偃麦草基因组，从而进化出抗镰刀菌属病原菌侵染的功能。”邓兴旺认为，这是一个极其少见的生物基因跨界转移现象，值得进一步深入研究，以探讨植物抗病基因和基因组进化新机制。
和衷共济勇闯科技难关
在接受记者采访时，孔令让谈到团队成员的付出时，眼眶不禁湿润了。他说，赤霉病的研究他做了20年，学生换了一茬又一茬，几位年轻的同事更是克服多种困难，不敢一刻停歇，就是想快速取得关键性突破。
王宏伟老师去年查出了腰椎间盘突出，通过把电脑抬高站着工作等方式继续看材料写文章，回到家则趴在地垫上工作。“他这个人从来就没有休息的概念，晚上两点前就没有睡过觉。有一段时间我公公婆婆生病住院，他每天晚上到医院陪床照顾他们，白天仍然坚持在实验室。”王宏伟的爱人王斐说。
做小麦杂交，尤其是远缘杂交研究，非常细致繁重，因为结种很难，小麦杂交授粉工作量很大，有时结了种之后还要进行幼胚培养才能成苗。每年春季在大田，研究生都要做几千个杂交穗子，一个穗子上36个小花，算下来就是十几万枚小花，这里面能得到一两千个幼胚，然后再培养成苗。
“选材料感觉就像是在淘宝，选到一份好材料还想看下一个，觉得后面还有更好的，总要选出最好的。这份工作虽然辛苦，但充满了挑战和乐趣。我们克隆并运用抗赤霉病基因Fhb7的科研探索，得到国际同行科学家和顶尖学术杂志的认可，得到多家小麦育种单位的青睐，对年轻的科研人员是很大的激励。”孔令让说。
