科研人員研發創制玉米穗腐病抗性育種技術

本文轉自：科技日報

科技日報記者 馬愛平

近日，中國農業科學院作物科學研究所玉米基因編輯育種研究團隊透過基因編輯靶向編輯玉米內源基因創制的突變體在多環境下對玉米擬輪枝鐮孢穗腐病具有明顯抗性，為抗病育種提供了重要的種質材料與育種技術基礎。日前，相關研究結果線上發表在《植物生物技術》

（Plant Biotechnology Journal）

上。

中國農業科學院作物科學研究所供圖

玉米穗腐病是全球農業生產上普遍發生的一種真菌性病害，不僅造成玉米大幅減產，其產生的真菌毒素還嚴重影響農產品質量安全，近年來已成為威脅我國玉米生產的主要病害。與小麥赤黴病、玉米莖腐病等主要農業病害的主要病原體相同，玉米穗腐病的病原真菌是鐮孢菌，其中，擬輪枝鐮孢菌和禾穀鐮孢菌是危害最大的兩種優勢致病菌。已有研究表明，小麥、玉米中存在鐮孢菌的抗性基因，其中，玉米中的ZmFER1在齊319、沈137等鐮孢菌病害抗性自交系中表現出多型性，且該多型性與小麥中鑑定的抗性等位變異具有類似特徵，因此，該基因可能具有鐮孢菌病害抗性育種開發價值。

該研究採用CRISPR/Cas9基因編輯技術，創制了系列目標基因突變體。其中，獲得了3個ZmFER1基因隱性純合突變體，包括已刪除CRISPR/Cas基因編輯元件的E1（1 bp插入）、E2（1 bp插入）和E3（5 bp缺失）。分別在2020年北京、2021年海南、2021年北京，採用突變體與野生型種子1：1混合盲樣人工接種擬輪枝鐮孢菌，開展單株基因型鑑定與表型鑑定，進行了抗性分析。結果表明，與野生型相比，突變體均一致表現為中等抗性水平。對發病籽粒進行驗證鑑定發現，與接種抗性材料相比，感病野生型發病籽粒的主要伏馬毒素高達數千倍，符合擬輪枝鐮孢菌致病特徵，且病原鑑定表明，病害表型來源於接種的擬輪枝鐮孢菌。調查沒有發現突變對其它農藝性狀有顯著的負面影響。該研究為抗穗腐病育種創制了重要的種質材料和育種技術，為繼續深化鐮孢菌抗性機制及其育種應用研究奠定了重要基礎。

該研究得到海南省崖州灣種子實驗室、中國農業科學院科技創新工程和國家玉米現代產業技術體系等專案資助。