科學家找到對抗甘薯小象甲的基因“武器”

你是否有過這樣的經歷？當你吃著甜甜的甘薯時，突然就咬到發苦的地方，特別令人惱火。“發苦是因為甘薯被甘薯小象甲咬過。”中國科學院華南植物園研究員侯興亮介紹，“一方面是因為甘薯小象甲在甘薯裏鑽來鑽去，留下來的排泄物比較苦；另一方面是甘薯被甘薯小象甲咬過之後，自身會産生一種防禦物質把自己變苦，這樣甘薯小象甲就不愛吃了。”

甘薯小象甲是對甘薯種植業危害最大的害蟲，它們通過啃咬葉蔓、蛀食薯塊等方式，嚴重影響甘薯的産量和品質。

近日，由侯興亮帶領的植物發育與品質調控研究團隊的一項研究成果刊發在國際植物學期刊《自然·植物》上，該研究不僅首次克隆了甘薯對天敵害蟲的天然抗性基因，還揭示了其下游天然抗蟲物質合成的調控機理，為甘薯小象甲田間防治提供了新方向和新思路。

蟲害防範不當易致甘薯絕收

中國是全球最大的甘薯生産、消費和出口國，産量佔世界總産量的60%以上，但頻繁發生的蟲害已成為制約甘薯生産的主要因素。

“甘薯小象甲蟲害在亞洲、非洲薯區十分嚴重，可造成10%—30%的産量損失，嚴重時可達50%以上。在我國南方甘薯種植區，甘薯小象甲蟲害一年可多代發生且世代重疊，因氣候變暖，近年來該蟲害已擴散至長江流域種植區，且有逐年擴大趨勢。”侯興亮説，“尤其在廣東地區，甘薯小象甲非常猖獗，只要沒治理好，基本上這一年農民就別想有收成了。”

然而，目前治理甘薯小象甲主要採用噴灑農藥等化學防治方法，這不僅增加生産成本，還會導致生態環境污染，引發食品安全等問題。

“目前農業上尚無甘薯小象甲抗性品種培育。因此，發掘甘薯自身的抗蟲基因資源，開展抗性分子機制研究，促進抗蟲技術開發和抗性品種選育，是解決甘薯小象甲蟲害最為經濟環保的選擇，也是當前甘薯産業發展的迫切需求。”侯興亮表示。早在2014年，侯興亮團隊就聯合廣東海洋大學朱宏波副教授團隊對此展開了研究。

首次克隆甘薯小象甲抗性基因

由於對甘薯小象甲抗性的研究基礎非常薄弱，甘薯抗蟲資源多樣性不高，導致抗蟲機制研究進展緩慢。

該研究團隊首先把突破口鎖定在尋找蟲害抗性關鍵基因上。“植物對病蟲害的抗性由基因控制。如果我們能找到甘薯的蟲害抗性基因，就能夠有針對性地防治甘薯小象甲。”侯興亮介紹。為此，他們歷經3年在蟲害嚴重的華南地區進行田間篩選，獲得了兩份珍貴的甘薯小象甲高抗種質。

“這是全世界首次篩選到的有效高抗種質。”侯興亮説。之後，他們利用抗感種質構建F1遺傳群體，同時克服了控制條件下抗蟲表型難檢測、不穩定的困難，建立了穩定的甘薯小象甲抗蟲可控評價體系，最終成功定位並克隆了兩個甘薯小象甲抗性關鍵基因SPWR1和SPWR2。

後續研究證明，SPWR1和SPWR2均正向調控甘薯對甘薯小象甲的抗性。“實驗中我們發現甘薯對甘薯小象甲的抵抗，依賴一種名為奎尼酸的代謝物及其衍生物。奎尼酸廣泛存在於植物體中，對人體沒有毒性，但會明顯抑制甘薯小象甲胰蛋白酶的活性，通俗來説，就是甘薯小象甲吃了含有這種物質的甘薯後，會不舒服，所以它們就不吃了。”侯興亮説，“這意味著我們找到了能夠育成抗蟲品種甘薯的途徑。”

目前農業上尚無甘薯小象甲抗性品種培育，此項研究創制的種質在顯著提高抗性的同時並未降低品種原有産量和品質，填補了國際上甘薯小象甲抗性種質開發利用的空白。

提出綠色環保抗蟲方案

如何防治甘薯小象甲呢？由於奎尼酸及其衍生物在甘薯的內源濃度下不具有對人體的藥理毒性，且在自然環境中不易殘留、抗蟲性強大，因此在上述研究基礎上，該研究團隊提出通過噴施奎尼酸及其衍生物對甘薯小象甲侵害産生抑製作用、兼具環境友好型和資源節約型的農業抗蟲方案。

另一方面，該研究團隊克服了甘薯遺傳轉化操作難、轉化率低、週期長的問題，利用甘薯自身快速增生能力，配合根癌農桿菌定向注射手段，開發了一種高效穩定的新型甘薯遺傳轉化方法。

此研究對推進高産優質多抗的甘薯分子育種，促進特色高值生態農業關鍵技術研發和成果轉化，帶動甘薯産業良性發展和農民增産增收具有重要意義。

侯興亮透露，目前他們已聯合朱宏波團隊著手啟動甘薯小象甲抗性品種的培育工作。