我国科学家攻克水稻"癌症"难题 Pigm基因实现广谱抗病与高产双突破

问题:稻瘟病是全球水稻生产中最主要的真菌病害之一,暴发时轻则减产,重则绝收,直接影响粮食安全和农民收益。国际植保领域,它曾被列为危害性最高的真菌病害之一。我国水稻新品种评价长期把抗病性作为基本门槛:田间抗性不过关的材料,即便高产也难以通过。这个制度安排也说明,稻瘟病防控在水稻育种中是绕不开的“硬约束”。 原因:传统防控主要依赖化学药剂和田间管理,但药剂成本高、环境压力大,病原菌又容易产生抗药性,难以支撑长期可持续的防控。更关键的是,育种端长期存在两大瓶颈:一是部分已发现的抗病基因抗谱较窄,常出现“短期有效、很快失效”;二是将多个抗病基因聚合到同一品种时,常伴随结实率下降、籽粒变小等产量与品质代价,形成“抗病—稳产”难以兼顾的矛盾。此外,稻瘟病菌群体遗传多样性高、进化快,也让抗性保持更具挑战。 影响:稻瘟病的持续威胁不只是单一病害问题,还关系到绿色增产、农药减量和产业链安全。抗性不稳定会增加生产的不确定性,推高用药频次与成本,影响稻米品质稳定和市场供给预期;对种业企业而言,抗性不足会缩短品种生命周期,增加研发回收难度,拖慢优质品种迭代速度。尤其在极端天气增多、病害流行风险上升的背景下,培育广谱、持久抗病且兼顾产量的品种,成为稳产保供的重要技术抓手。 对策:围绕“既抗病又稳产”的育种目标,科研人员将目光投向传统农家品种等种质资源。据介绍,科研团队通过系统筛选,从我国传统农家种质中锁定了一个新的抗瘟位点Pigm,并在多年研究中逐步厘清其分子基础:该位点包含两枚紧密连锁、功能互补的关键基因。其中一枚基因对已测试的多种稻瘟病菌小种表现出广谱抗性,但单独高表达时会带来籽粒偏小、产量受影响的代价;另一枚基因本身不直接抗病,却能对前者的抗性表达起到“抑制—平衡”作用,提高结实率和产量表现。由于两者位于同一染色体片段且紧密连锁,育种者在材料改良过程中可同步获得“抗病+稳产”的组合优势,为长期困扰行业的两难问题提供了新的解决路径。 值得关注的是,Pigm在调控层面表现为更具“持久性”特征。研究显示,与产量有关的那枚基因在启动子区域可产生特异小分子RNA,并对自身表达形成反馈剪切,使其在叶片、茎秆等病原菌主要侵染部位维持较低表达水平。业内人士认为,这种对组织与表达强度的精细调控,在保证群体产量的同时,也降低了病原菌在关键组织上长期“对抗”的选择压力,有助于延缓抗性被突破,从而解释了其持久抗病的潜力。 在成果转化上,自功能机制得到确认以来,Pigm相关材料和技术路线正加速进入育种应用端,已面向多家育种单位和种子企业推广使用,参与区域试验与品种审定的候选材料数量持续增长。随着育种周期推进,未来几年带有Pigm的抗病稳产品种有望进入主产区生产,为农民提供更稳定的品种选择,也为农药减量和绿色防控提供品种基础。 前景:面向下一阶段水稻育种与病害治理,Pigm提供的不仅是一枚可用的抗病位点,更是一套可复制的思路:一方面,继续深挖优异种质资源,提升抗性来源多样性;另一方面,以分子标记辅助选择、基因聚合等技术为支撑,推动抗病、产量与品质的协同改良。在更广范围内,这类“抗性与生长权衡可调控”的机制认识,也有望为小麦、玉米等禾本科作物的病害抗性改良提供借鉴,推动作物免疫研究与育种应用更紧密衔接。业内预计,随着更多广谱持久抗性资源被系统开发,水稻品种抗病性将从“应急式升级”走向“系统性提升”,为稳产保供构筑更可靠的生物学屏障。

从传统农家种质中寻找答案,再以机理创新推动育种落地,Pigm的研究与应用表明,农业科技突破往往来自长期投入与面向生产的持续打磨;面对病害变异与气候不确定性叠加的挑战,只有不断夯实种质资源利用、关键基因挖掘与育种体系化能力,才能把稳产底线守得更牢,把高产优质、绿色高效的发展空间拓得更宽。