大麗輪枝菌（Verticillium dahliae Kleb.）是一種具有毀滅性的植物病原真菌，寄主非常廣泛，能夠侵染多達(dá)400多種植物，其中包括很多具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的農(nóng)作物，全世界范圍內(nèi)由大麗輪枝菌引起的黃萎病損失每年超過(guò)數(shù)十億美元。大麗輪枝菌引起的棉花黃萎病是世界棉花種植區(qū)危害最為嚴(yán)重的真菌病害，不僅顯著降低棉花產(chǎn)量而且大大降低纖維質(zhì)量，一般發(fā)生會(huì)減產(chǎn)10%～30%，嚴(yán)重棉田減產(chǎn)可達(dá)80%以上，甚至絕收。
1935年由美國(guó)引進(jìn)斯字棉時(shí)將大麗輪枝菌帶入我國(guó)，隨后迅速傳播。目前，我國(guó)棉花種植區(qū)一半左右面積都受黃萎病害影響，成為棉花生產(chǎn)中最嚴(yán)重的病害，經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)15-20億元，損失巨大。
大麗輪枝菌屬于土傳病菌，在土壤中形成微菌核抵抗不良環(huán)境存活達(dá)十年以上，至今生產(chǎn)上沒(méi)有任何有效殺菌劑，因此，培育抗病棉花品種被認(rèn)為是防治黃萎病的重要手段，但因缺乏有效抗源，目前為止尚未成功培育高抗品種。因此，黃萎病一直被認(rèn)為是棉花的“癌癥”。
天麻(Gastrodia elata Bl.)是一種傳統(tǒng)中藥材，在我國(guó)已有一千多年的藥用歷史。天麻生活史的大部分時(shí)間生活在地下，沒(méi)有葉片，無(wú)法進(jìn)行光合作用，因此，需要與多種真菌，特別是蜜環(huán)菌（Armillaria mellea）營(yíng)共生生活，在共生過(guò)程中，天麻需要依賴蜜環(huán)菌侵染提供營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)天麻又進(jìn)化出一套有效的防御體系來(lái)抑制真菌在其體內(nèi)的過(guò)度侵染。研究發(fā)現(xiàn)，在天麻塊莖的表皮和皮層薄壁細(xì)胞中存在一種小分子量的天麻抗真菌蛋白(Gastrodia antifungal proteins, GAFPs) 是這一防御體系的基礎(chǔ)。離體抗真菌活性實(shí)驗(yàn)表明，GAFPs具有非常廣譜的抑菌活性，對(duì)很多植物病原真菌具有很強(qiáng)的抑制作用，預(yù)示著其在植物抗真菌病基因工程中具有很大應(yīng)用前景。
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所副研究員王義琴通過(guò)用蛋白提純、測(cè)序和cDNA文庫(kù)篩選等方法從天麻中克隆到一個(gè)天麻抗真菌蛋白基因，命名為GAFP，并證明GAFP對(duì)包括黃萎病在內(nèi)的多種真菌具有較好抗性，進(jìn)一步篩選天麻基因組文庫(kù)發(fā)現(xiàn)，天麻中存在著四個(gè)GAFP基因。通過(guò)對(duì)四個(gè)成員的活性比較研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)新的成員GAFP4在體內(nèi)和體外都具有最強(qiáng)的抑菌活性，且?guī)в邪g質(zhì)定位的信號(hào)肽可以明顯增強(qiáng)抗性。通過(guò)和中國(guó)農(nóng)科院棉花所研究員李付廣課題組、中國(guó)農(nóng)科院植保所簡(jiǎn)桂良課題組和山西農(nóng)科院棉花所研究員焦改麗課題組長(zhǎng)達(dá)十余年的合作，將GAFP4轉(zhuǎn)入2個(gè)陸地棉栽培品種，并在山西運(yùn)城、河南安陽(yáng)和河北廊坊三地黃萎病病圃中進(jìn)行連續(xù)三年黃萎病鑒定試驗(yàn)表明，GAFP4對(duì)不同生理型黃萎病菌株都具有非常明顯的抗性，是一個(gè)有效的高抗棉花黃萎病蛋白（如圖）。尤為重要的是，GAFP4轉(zhuǎn)基因棉花在纖維產(chǎn)量上也有20.7% -51.7%的增加，因此，這項(xiàng)研究成果為通過(guò)植物基因工程手段攻克棉花的“不治之癥”提供了可能。
該研究成果于7月1日在Molecular Plant 雜志上在線發(fā)表（doi: 10.1016/j.molp.2016.06.013）。儲(chǔ)成才課題組王義琴、梁成真和中國(guó)農(nóng)科院棉花所張雪妍、山西農(nóng)科院棉花所吳慎杰為文章共同第一作者。該項(xiàng)研究得到農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)基因?qū)ｍ?xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
圖：轉(zhuǎn)GAFP4棉花對(duì)黃萎病的抗性顯著增強(qiáng)。R15和Zhong24分別是兩個(gè)不同棉花品種。Control，對(duì)照；SG4，GAFP4轉(zhuǎn)基因棉花。
