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张椿雨赴加拿大参加2018年国际根肿病学术会议并进行与根肿病相关的学术交流

发布日期:2018-09-28

张椿雨教授和学生李倩、龚建芳于201886日至2018 811分别受到拿大油菜协会的Clinton Jurke教授阿尔伯塔农业与森林部的Jie Feng研究员邀请,参加2018年国际根肿病学术会议并进行与根肿病相关的学术交流;张椿雨教授于2018813日至2018 814日受加拿大萨斯喀切温大学的Yangdou Wei教授邀请,参加萨大-华农双边交流会,并应AAFCGary Peng, Fengqun Yu研究员的邀请与他们实验室的工作人员进行了油菜根肿病综合防治途径的深入探讨。

本次根肿病国际会议由加拿大油菜协会于阿尔伯塔埃德蒙顿举办,大会邀请了来自加拿大、中国、德国、韩国、日本、法国、波兰等不同国家根肿病研究领域的专家学者做报告,同时,也吸引了来自全世界240多名根肿病研究者前来学习交流。此次会议主要分为三个部分,第一部分,与油菜根肿病抗性相关的遗传、育种和基因组的研究,以及根肿菌与寄主互作的研究;第二部分,病害流行学、根肿病抗病性、根肿病的综合防治;第三部分,考察油菜试验基地,考察根肿病防控措施。

87日,上午,张椿雨教授作为特邀嘉宾keynote speaker做了“Revealing of Clubroot Resistant Genes with de novo Genome Sequencing and its Application in CR Breeding for Brassica napus”学术报告。本研究主要讲了几个方面,(1)华油杂62恢复系的抗根肿病性改良;(2)华双5号的抗根肿病性改良;(3)抗根肿病性基因PbBa8.1在油菜H5R中的精细定位;(4)芜菁ECD04的全基因组从头测序;(5)抗根肿病性基因的进化研究。报告中揭示了抗病基因CRa的来源,引起了较多与会者的兴趣。其他学者介绍了油菜、大白菜、甘蓝中挖掘抗病基因的情况,报告精彩纷呈;下午,上半场主要由Dr. Katsunori HatakeyamaDr.Satoru MatsumotoSedaghatkishGalindo-GonzálezY.P. Lim等专家为大家做会议报告,重点讲述几个重要抗性基因的克隆及遗传情况,以及如何利用不同基因的组合有效进行抗根肿病的防控,报告指出Crr1+Crr2+CRb基因的组合可以获得更稳定的抗性。下半场主要由Dr.Jutta Ludwig-MuellerDr.Gary PengZ.X.GaoS.Weeraddana等专家为大会作报告。随后进行了墙报展示时间,李倩的墙报题目是“Marker-assisted Introgression of CR Loci into Elite Pol CMS Restorer Line of Brassica napus”,龚建芳的墙报题目是“Transferring and Mapping of Resistance Loci Associated with Clubroot Disease Originally Derived from RRCC in Brassica napus”,向大家展示墙报的同时,同样也在交流的过程中获得了一些新的想法和思路,为后续的研究工作起到很好的促进作用。

88上午,报告内容主要是根肿菌、根肿病及其综合防治等内容。主要涉及加拿大根肿病生理小种的变化情况,这是每个根肿病研究者都不容小觑的一个问题,也是目前根肿病防治中最难克服的问题之一,多年种植单一的抗病品种,最后会使得抗病品种抗性丧失,这主要是由于生理小种迁移(shift)所造成的,也就是说由于根肿菌有超强的繁殖能力,在繁殖过程变逐步积累了一些变异,由于抗病基因与不同生理小种存在对应关系,因此这些变异应该是抗病性丧失的根本原因。这也提醒我们需要掌握其变化规律,根据其规律合理的开发和利用抗病品种,减少根肿病的危害。下午,参观油菜生理小种鉴定和接种鉴定温室和实验基地CDC North Research facility,了解到根肿病综合防治的不同方法,参观了通过混种不同种类的杂草、或者撒不同的化学药剂(包括生石灰、石灰氮等)防控根肿病的效果,总体水平与国内的情况比较相似,唯石灰氮效果显著,但是成本比较高,这限制了其的应用。

201889日,上午,Dr. Mary-Ruth McDonaldBruce GossenB.Anderson等专家讲述了根肿病的物理防治,如,通过在土壤中撒石灰,改变病区土壤的酸碱度,破坏根肿菌的生存环境从而降低根肿菌的致病力,在一定程度上达到防治的目的。下午,参观埃德蒙顿的油菜试验基地,重点参观了由一些种业公司培育的抗根肿病新品种,主要的抗病品种包含有1-3个抗病基因或基因组合,在田间表现良好

为期三天的会议结束后,2018810-11阿尔伯塔农业与森林部植物健康实验室Jie Feng研究员的邀请下,于10参观了Jie Feng研究员的实验室,了解其实验室一些先进的实验设备和实验技术,了解了Jie Feng研究员实验室近几年的研究方向,共同探讨了如何解决根肿病的离体培养及利用荧光标记进行遗传转化的技术可能性810日下午-11日在 Jie Feng研究员阿尔伯塔大学的访问学者Jun Si博士等的带领下驱车前往阿尔伯塔的几个主要油菜种植区,如红鹿、卡尔加里等地进行根肿病病情考察。当地的油菜绝大多数地上部分矮小、角果少,根部已有大肿瘤,部分病区田间还会出现大面积缺苗,发病相当严重。

张椿雨教授于2018812-13日受加拿大萨斯喀切温大学生物系Yangdou Wei教授邀请,参加萨大-华农双边交流会本课题组主要从事基因组研究、抗病基因和抗病机制等方面研究,在研究根肿菌于抗病基因互作的研究方面刚刚起步,还有很多问题尚未解决,而Yangdou Wei教授在这方面已经研究多年,有着较为丰富的经验和造就。通过此次双边交流会,不仅让我们对目前的课题有了新的想法,双方还在2016年邀请他来校参加学术会议的基础上更进一步达成了合作的关系。此外还同AAFCGary Peng, Fengqun Yu研究员的邀请与他们实验室的工作人员进行了油菜根肿病综合防治途径的深入探讨,并且与Yu研究员达成合作克隆A8抗病基因的意向。

经过参加本次学术会议及合作交流,对我国油菜根肿病所面临的挑战以及应对策略进行了如下思考:

1. 目前存在的主要问题

我国在油菜抗根肿病资源创新与利用方面虽然取得了初步成效,但与目前生产上存在的问题和重大需求相比,油菜根肿病防控形势依然十分严峻,产业发展仍面临许多亟待解决的重大科学与技术难题。

(1) 抗病资源的种类和育成的抗病品种数量和类型还很有限。目前的根肿病抗源主要来自芜菁,抗病位点的种类非常有限,且这些位点均为由少数基因控制的质量性状,因此必须加大抗病资源的创新。另一方面,抗病育种方法还有待进一步完善,已育成抗病品种数量还不能满足不同生态区要求。

(2)长期种植单一抗病品种容易导致抗性丧失。在白菜和油菜中均有抗性品种抗性丧失的报道[75-76]。根肿病质量抗性基因具生理小种专化性,而根肿菌大多混生,繁殖力强且变异快,随着某一抗病品种的长期种植,土壤中优势生理小种种群数量降低,而混生的其他生理小种或变异的生理小种则逐渐成为新的优势种群,从而造成抗病品种抗病性丧失,给抗病育种带来了极大挑战。

(3)抗病基因编码蛋白介导的抗病机制尚不清楚。从全球来看,从事根肿病抗病机制研究科学家数量非常少,截止目前尚无抗病基因所介导的抗病机制方面的报道,这大大限制了通过分子手段创新油菜抗根肿病资源的能力。

(4)根肿菌分类不清。根肿菌是活体专性寄生菌,不能离体培养,不同生理小种经常混生且变异速度快,对不同生理小种的分类工作仍然处于较低水平,这不利于有针对性地运用含不同抗病基因的油菜品种有效抵抗油菜根肿病工作的有序开展。

2. 相应的主要对策

为了更好地推进油菜抗根肿病育种进程,提高油菜根肿病综合防控水平,针对上述面临的主要问题,结合在生产和科研实践中所获得的经验以及对这些主要问题的思考,提出以下主要对策和建议。

(1)抗根肿病资源发掘。虽然发现了一些由多基因控制的耐病材料,但当土壤中病菌浓度较高时这些材料一样表现出高感症状,说明解决根肿病抗性的出路还在于筛选由质量基因控制的抗性。因此通过继续收集油菜及其近缘种资源、借助各类功能丧失型及功能获得型突变体库,鉴定出更多质量基因控制的抗性资源并克隆相应抗性基因。鉴于不同抗性基因对不同生理小种的抗性有所差别,重点筛选出对各种根肿病不同生理小种抗性均佳的抗病基因组合,为有针对性开展抗性育种提供重要的支撑。

(2)避病种质资源发掘。我国长江流域冬油菜区一般在9月底10月初播种,而此时气温正好在25℃左右,非常适合根肿菌侵染。因此在长江流域油菜产区筛选耐迟播资源,培育适合在1020日至11月初播种的耐迟播、耐密植品种以实现合理避病,这是油菜根肿病综合防控措施中一个重要新生长点。

(3)根肿菌的分类及分化研究。利用分离的抗病基因,研究不同抗病基因、不同抗病基因组合与不同生理小种根肿菌的互作关系,建立根肿菌生理小种鉴别新系统,对不同根肿菌进行分类,在建立根肿菌单孢分离技术体系基础上进行全基因组重测序,鉴定出不同生理小种的差异位点,为生理小种的分子分类提供重要依据。掌握抗病品种对不同生理小种的消长规律及同一生理小种的变异规律,为不同病区有针对性地选择种植油菜抗病品种、以及延长品种抗病性提供科学依据。

(4)抗病基因编码蛋白所介导的抗病机制研究。利用对不同生理小种具不同抗性反应的多种抗病基因类型,利用蛋白组、转录组等组学技术,深入研究其抗病代谢途径,通过比较抗病机制差异与不同生理小种基因组序列差异间的关系,深入解析不同抗病基因特异抗性产生的内在分子机制,为通过基因工程手段培育抗根肿病油菜新品种提供理论依据。

(5)根肿菌专性寄生十字花科植物的致病机制研究。根肿菌专性寄生十字花科植物,因此探明根肿菌对不同植物致病差异产生的机制,为利用其他植物的基因资源来改良油菜的抗根肿病特性具有重要意义。

(6)油菜抗根肿病分子育种平台的创建及抗病品种培育。在油菜抗根肿病资源创新和深入了解其抗病机制的基础上,建立成熟的抗病分子设计育种平台。根据不同抗病基因序列,开发基因特异性分子标记,建立分子标记辅助选择技术体系,创建含不同抗性基因的油菜轮回选择群体,结合小孢子培养技术,通过改良获得一批含不同抗病基因(组合)的优良不育系、恢复系,为配制优良抗病杂交新品种奠定重要基础;根据抗病机制研究的最新结论,利用基因工程技术,创建具持久、广谱抗性的油菜新资源和新品种。

综上所述,抗病育种在根肿病综合防治中占有重要地位,但目前国内外在这方面的研究尚处于初步阶段。相比于加拿大,我国在研究方向方面比较单一,集中在资源发掘和利用方面,缺乏长效的分工、组织协调机制,相信随着对根肿病防控研究方向及其相互关系理解的不断深入,在不久的将来定会建立一支分工明确、协作积极的创新团队,为我国油菜根肿病综合防治及产业的可持续发展提供重要保障。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

张椿雨教授作大会特邀报告

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参观根肿菌生理小种接种鉴定系统

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        参观多种防控措施现场

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      硕士研究生龚建芳同学在交流墙报

 

 

 

 

参观种业公司培育的抗根肿病新品种

 

 

 

 

交流后,张椿雨教授与Jie Feng博士合影

 

 

 

 

张椿雨实地考察油菜根肿病的发生情况

 

 

 

 

在萨斯卡通大学与Yangdou Wei 教授进行学术交流活动

 

 

 

AAFCGary Peng, Fengqun Yu研究员课题组进行交流