近日，南京师范大学生命科学学院戴传超课题组在JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY发表了题为“Engineered Phomopsis liquidambaris with Fhb1 and Fhb7 Enhances Resistance to Fusarium graminearum in Wheat”的研究论文。该研究利用小麦中的两个抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7，分别构建了携带抗病基因的内生真菌枫香拟茎点霉表达菌株（PL-Fhb1和PL-Fhb7），通过接种到小麦后定殖及表达，能够有效抵抗禾谷镰刀菌及呕吐毒素的侵害，PL-Fhb1及PL-Fhb7分别能够降低48.3%、57.32%的发病小穗数，并且小麦籽粒中呕吐毒素含量分别从17.48 μg/g降低到1.23 μg/g、以及从17.48 μg/g降低到0 μg/g，从而有效提高了小麦赤霉病抗性。该内生菌具有促进植物生长、抗逆、不进入植物种子等特点，具有较好的生物安全性，为内生菌作为生防菌株在小麦赤霉病的防治及应用方面提供了新思路。
小麦赤霉病 (Fusarium head blight) 是一种由一种或者多种镰刀菌引起的真菌性病害，严重危害小麦产量及品质。小麦赤霉病产生的真菌毒素如呕吐毒素 (DON) 威胁人畜的身体健康，因此，研究高效防治小麦赤霉病的方式对于小麦生产具有重要的意义。戴传超研究组之前从大戟重阳木 (Bischoffa polycarpa) 中分离了内生真菌枫香拟茎点霉 (Phomopsis liquidambaris)，该菌能够定殖于拟南芥，花生以及水稻等作物，具有促进水稻生长、缓解花生连作障碍、促进氮素吸收等特点。为进一步明确枫香拟茎点霉在小麦中的定殖分布特点，本研究通过将绿色荧光蛋白GFP在枫香拟茎点霉中表达，利用荧光显微镜以及共聚焦显微镜对其定殖情况进行观察，发现枫香拟茎点霉可定殖于小麦中（图1），为枫香拟茎点霉携带抗赤霉病基因提高小麦抗赤霉病水平奠定了基础。
图1 枫香拟茎点霉在小麦根系中的定殖
随后，从苏麦3号和二倍体长穗偃麦草中分别克隆了Fhb1和Fhb7基因，并将其分别连入载体并转入枫香拟茎点霉中，构建了工程菌PL-Fhb1和PL-Fhb7。该工程菌接种到含有呕吐毒素的PDA和PDB培养基中，发现均比野生菌具有更好的呕吐毒素耐受性，其生长能力明显要优于对照组，且形态特征受到呕吐毒素的影响也要明显弱于对照组。结果表明Fhb1和Fhb7在内生真菌中的表达能够显著提高枫香拟茎点霉对于呕吐毒素的耐受能力（图2）。
图2 DON对工程菌株和野生菌株菌丝生长和形态特性的影响
将工程菌接种于感染了禾谷镰刀菌的小麦或呕吐毒素处理的小麦，可显著增强小麦抗镰刀菌的水平（图3，图4）。质谱分析研究发现PL-Fhb7能够将DON转化为无毒的DON-GSH，从而提高小麦对于小麦赤霉病及毒素的抵抗能力。
图3 呕吐毒素对于接种了工程菌的小麦幼苗的影响
图4 禾谷镰刀菌对于接种了工程菌的小麦幼苗的影响
最后，本研究探究了工程菌接种不同时期小麦后对于小麦抗病能力以及品质的影响。在越冬后的小麦叶部以及扬花期的小麦花中接种工程菌，随后在小麦易感小麦赤霉病的时期—扬花期进行禾谷镰刀菌的接种。发现分别接种了PL-Fhb1和PL-Fhb7两种工程菌的小麦，其生长从饱满度、籽粒含量以及重量都要明显优于对照组，其籽粒中的呕吐毒素含量也要明显低于对照组；且接种工程菌的小麦，对小麦的质量和品质并没有明显的影响。结果表明接种工程菌能够显著降低禾谷镰刀菌导致的小麦赤霉病的危害及降低呕吐毒素在小麦中的含量（图5）。
图5 接种工程菌对小麦品质及产量的影响
综上所述，该研究通过对内生菌进行合理设计及遗传改造，分别构建了PL-Fhb1和PL-Fhb7两种内生菌抗病基因工程菌，从而提高了内生菌对小麦赤霉病的抵抗水平，具有较好的生物安全性，为小麦赤霉病的生物防治提供了一个新的途径和方式。
