摘要：近日，《Plant Biotechnology Journal》（2025 年）发表了一项由河南大学、中国科学院、华南农业大学等机构联合完成的研究成果。该研究揭示，通过人工合成多倍体技术，小麦能显著增强对致命真菌病害的耐受性，为培育高抗逆小麦品种开辟了新路径。
近日，《Plant Biotechnology Journal》（2025 年）发表了一项由河南大学、中国科学院、华南农业大学等机构联合完成的研究成果。该研究揭示，通过人工合成多倍体技术，小麦能显著增强对致命真菌病害的耐受性，为培育高抗逆小麦品种开辟了新路径。论文通讯作者包括王晓琳、周云、安国勇和王二涛等知名学者。
小麦 “升级” 抗病新机制：基因与微生物联手抗真菌
小麦作为全球种植面积最大的粮食作物，贡献了人类 20% 的 dietary 蛋白质和能量，是粮食安全的 “压舱石”。但它长期面临一个 “隐形杀手”—— 禾谷镰刀菌（Fusarium graminearum）。这种真菌不仅会导致小麦减产，还会产生强毒性的霉菌毒素（如脱氧雪腐镰刀菌烯醇），污染粮食并威胁人体健康。
传统防控手段如农药和化肥不仅成本高，还会造成环境污染和健康风险。因此，寻找天然、可持续的抗病方法成为农业科研的迫切需求。近年来，科学家发现植物的 “微生物组”（根系周围和体内的微生物群落）和 “多倍体化”（基因组加倍的自然进化机制）可能是解锁抗病能力的关键。
多倍体化是植物进化中常见的现象，简单说就是植物细胞中染色体组数量加倍（如从二倍体变成六倍体）。这种变化能增强植物的环境适应性，但它如何影响小麦的基因表达、微生物组平衡，进而抵抗禾谷镰刀菌，一直是未解之谜。
研究团队聚焦一个核心问题：人工合成多倍体小麦能否通过重塑基因表达和根系微生物组，增强对禾谷镰刀菌的耐受性？
为解答这一问题，团队设计了三步研究方案：
培育合成多倍体小麦：以四倍体 durum 小麦（Langdon，基因组 BBAA）和二倍体粗山羊草（SY41，基因组 DD）为亲本，通过杂交和自交培育出新型六倍体小麦 HG116（基因组 BBAADD）。多组学分析：对 HG116 和亲本的根系进行转录组测序（分析基因表达）和微生物组 profiling（检测根系周围及体内的细菌、真菌群落）。抗病性验证：通过接种禾谷镰刀菌实验，对比 HG116、亲本及已知抗病 / 感病品种的表现，结合基因和微生物数据揭示抗病机制。实验结果令人振奋，HG116 展现出远超亲本的抗病能力，耐受性接近已知抗病品种 AK58，而其亲本则表现为感病。具体机制包括两大方面：
转录组分析发现，HG116 的根系中大量基因被激活，尤其是与胁迫响应、病原体防御相关的基因。其中，脱水素基因（dehydrin）的表达显著上调。脱水素不仅能稳定细胞结构、清除有害活性氧，还能通过调节激素信号（如茉莉酸、水杨酸）激活抗病基因，相当于为小麦穿上 “防护衣”。
微生物组分析显示，HG116 的根际和根系内富集了更多有益细菌（如放线菌、厚壁菌门），同时抑制了潜在致病真菌的生长。这些有益菌能通过固氮、分泌抗菌物质等方式辅助小麦抗病，维持微生物群落的 “生态平衡”。即使在感染镰刀菌后，HG116 仍能保持菌群稳定，而感病品种则出现明显的菌群紊乱。
精准育种：可通过人工多倍体化技术，定向培育同时优化基因表达和微生物组的小麦品种，减少对农药的依赖。微生物组调控：未来可通过施用 “有益菌肥”，模拟 HG116 的健康微生物组，增强现有小麦品种的抗病性。保障粮食安全：抗病小麦能减少减产和毒素污染，为全球粮食安全和食品安全提供双重保障。深入研究脱水素基因的具体作用机制，探索其如何精准调控抗病信号通路。筛选关键有益微生物菌株，开发可商业化的 “微生物肥料”，让普通小麦也能 “借菌抗病”。在不同土壤和气候条件下验证 HG116 的稳定性，推动成果向实际生产转化。这项研究不仅揭示了多倍体化增强小麦抗病性的 “基因 - 微生物” 协同机制，更展示了中国科学家在作物育种和微生物组研究领域的前沿实力。未来，或许我们餐桌上的每一粒小麦，都将带着这种 “进化智慧”，更安全、更可持续地滋养人类。
来源：农科最前线一点号
