四川在線記者 史曉露
“意味著水稻種植可以基本不施農藥。”1月14日，談到水稻新品種“川優6709”時，水稻育種大咖陳學偉這樣解釋該品種的突破。
近日，重慶市農作物品種審定委員會辦公室公示了2020年初審通過的農作物品種，由四川農業大學水稻研究所選育的“川優6709”名列其中。
長期以來，水稻受“稻瘟病”困擾，這種病癥被稱為水稻“癌癥”，會造成水稻大幅減產，是全球糧食安全的重大隱患。尋找水稻抗病基因成為科學家們多年來的努力方向。
近年來，四川農業大學西南作物基因資源發掘與利用國家重點實驗室教授陳學偉和團隊，在水稻抗病性研究方面取得重大突破。兩上全球頂尖學術期刊《Cell》、《Science》，“‘川優6709’是高抗稻瘟病品種，具有廣譜抗病性，不僅能對多種稻瘟病小種有效，而且對稻曲病和紋枯病表現出很好的抗性。”陳學偉說。
追蹤水稻“癌癥”克星
“四川盆地濕度大，屬于稻瘟病高發地。”陳學偉說，防治稻瘟病主要有兩種手段，一是施用化學農藥，二是種植抗病品種。但過量施用農藥不僅會增加種植成本，還會影響食品安全、破壞生態環境。因此，培育抗病品種是更經濟有效的方法。
然而，要從水稻種子中篩選出抗病基因，選育出高抗水稻品種卻并不容易。
首先，稻瘟病不是特定的病菌，而是一個“大家族”，有著種類繁多的小種。“目前多數水稻抗性品種只對一個或幾個稻瘟病小種有效，不具備廣譜抗病性，而且抗性還受種植區域影響，種植環境變了，抗性也有差異。”陳學偉說。
其二，抗病性還面臨持久性考驗。稻瘟病變化多端，今年對稻瘟病有效的抗病基因，可能第二年或者過幾年就不再有效。“就像每年的流感病毒都不一樣。”
因此，要提高水稻的抗病性，需要找到針對稻瘟病的持久廣譜抗性基因。
20年多前，這項工作有了突破性進展。福建省農業科學研究院的水稻育種學家培育出高抗稻瘟病的水稻品種“地谷”。由于其對稻瘟病具有廣譜抗病性，也成為水稻育種家廣泛研究的育種材料。不過，很長時間人們都未能從中成功分離出抗病基因，這意味著無法直接將該基因轉育到其他水稻材料中，選育出高抗水稻品種。
1997年，讀研究生的陳學偉也使用到這份叫“地谷”的研究材料。彼時，陳學偉師從四川農業大學的周開達院士、李仕貴教授和中國科學院的朱立煌研究員，在這些導師的精心指導下，他終于在博士階段，從這份材料中成功克隆了兩個抗病基因。
“但這兩個都是小種特異性抗性基因，只對少數幾個稻瘟病菌的小種有效，不具有廣譜抗病性。”陳學偉說，此外，“地谷”為何具有廣譜抗病性，它的抗病機制是怎樣的，也一直不清楚。
二十年磨一劍
陳學偉沒有放棄。
為了找尋水稻廣譜抗病性的原因，2004年他遠赴美國的加州大學從事博士后研究工作，在國外著名植物病理學家的指導下，他對抗病分子信號轉導及抗性機理進行了系統研究，科研能力也得到進一步提升。
2011年，他回到母校——四川農業大學，組建科研團隊，重新對“地谷”材料進行研究。通過多種實驗方法，結合分子生物技術手段，最終從“地谷”基因組中，鑒定出廣譜抗病新基因，并解析了其抗病的分子機理，為防治稻瘟病提供了全新路徑。
這個過程異常艱辛。“工作量非常大，要從幾百萬份遺傳材料中，找到幾份有用的材料。”陳學偉說，水稻有一定的生長周期，抗病性狀的表現目前只能通過將種子種到田間，根據人工調查篩選出抗病株。期間，他們借助分子育種和田間的“經驗育種”手段，使用全基因組關聯分析方法，不斷通過基因組合、田間選育，一步步縮小篩選范圍，花了近六年時間，終于找到稻瘟病的發病抗病機制。
“在基因Bsr-d1的啟動子區域發現了水稻天然變異位點，正是它提高了對稻瘟病的抗病性。”陳學偉說，極為難得的是，這一變異位點是純天然的，而且在提高抗病性的同時，對水稻產量和品質沒有明顯影響。這不僅為培育持久廣譜抗稻瘟病的水稻新品種提供了關鍵抗性基因，也為其他糧食作物相關新型抗病機理的研究提供了重要借鑒。
二十年磨一劍。從1997年初次接觸“地谷”材料以來，陳學偉通過20年的持續研究終獲成果。2019年，他獲得了首屆“科學探索獎”，是當年榜單中唯一的農林類高校得主。
2020年9月，陳學偉團隊的水稻廣譜抗病的分子遺傳基礎研究，入選2020年度四川省科學技術獎自然科學類一等獎。中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員周儉民曾用“令人振奮的突破”來評價這項研究成果。
魚與熊掌可以兼得嗎？
獲得關鍵性抗性基因后，陳學偉又忙于選育高抗且高產的水稻新品種。
高產和抗病是水稻育種的兩大主要方向。然而，這兩者又往往相互拮抗，不可兼得。
“抗病基因的導入常常伴隨不良農藝性狀的產生，比如產量低或品質差，這大大增加了水稻抗病品種選育的難度。”陳學偉說。
此前，研究人員通過廣泛挖掘抗稻瘟病的水稻資源，已經克隆出一些抗病基因，并通過雜交和反復選育，獲得了一些總體品質較好的水稻品種。
“這次審定的川優6709就導入了此前克隆的一些具有優異有效的抗病基因。從前期試驗來看，該品種實現了高抗高產且優質。在成都平原和重慶多地試種，大面積生產的條件下畝產能夠達到600—650公斤。”陳學偉說，川優6709適宜在長江中上游稻區做一季中稻種植，具有抗病性好、豐產性好、米質優、廣適性好等諸多特點。
不過，他也坦言，稻瘟病變化多端，川優6709是否具有持久抗病性，還需長期驗證。
為在育種方面實現更大突破，當前陳學偉和團隊正在將新的持久廣譜抗病基因導入綜合農藝性狀優良的水稻材料中，選育水稻新品種。“過去選育的一些水稻品種，可能也含有一些抗稻瘟病基因，但是當時不知道具體是哪個或哪些基因在起作用，又是如何發揮作用。”陳學偉說，現在掌握抗病機制后，可以進行更多基因組合，選育出新型持久廣譜抗性水稻新品種。
稻瘟病在不斷進化，攻克稻瘟病仍存在諸多不確定性。“未來需要不斷更新 ‘武器 ’。”陳學偉說，一方面需要繼續挖掘廣譜持久抗病新基因，另一方面要實現抗病和產量等性狀協同調控的突破。
針對四川盆地的特殊自然條件，還需要研究在弱光照和高濕度環境下，如何提高水稻的抗病性，實現品質和產量提升。
“這些都需要與水稻育種家進行廣泛合作，才能實現 ‘魚和熊掌兼得 ’。”陳學偉說，多年來，國內育種家們在作物種質資源方面已實現資源共享，正如此次審定的川優6709，便利用了四川省農業科學院作物研究所選育的不育系川106A作為母本，最終配組選育出雜交水稻新品種。
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