近年來(lái)，玉米穗腐病已成為威脅我國玉米生產(chǎn)的主要病害之一，其病原真菌主要是鐮孢菌。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基因可能具有鐮孢菌病害抗性育種開(kāi)發(fā)價(jià)值。

　　近日，中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所玉米基因編輯育種研究團隊，通過(guò)基因編輯靶向編輯玉米內源基因創(chuàng )制的突變體在多種環(huán)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(zhì)材料與育種技術(shù)。日前，相關(guān)論文在線(xiàn)發(fā)表于《植物生物技術(shù)》。

　　玉米穗腐病尚無(wú)有效防治方法

　　“玉米穗腐病主要造成玉米果穗和籽粒腐爛，玉米收獲后存儲不當也會(huì )引發(fā)籽粒腐爛。在我國，玉米穗腐病廣泛發(fā)生于各個(gè)玉米種植區，一般年份發(fā)病率為5%—10%，重發(fā)年份可達30%—40%，局部地區甚至可達100%。”論文通訊作者、中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員謝傳曉在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)表示。

　　目前，國內外已報道70余種病原菌可引起玉米穗腐病，這些病原菌可單獨或復合侵染，其中，擬輪枝鐮孢菌和禾谷鐮孢菌是在全球范圍內危害最大的兩個(gè)優(yōu)勢病原菌，也是我國玉米穗腐病的優(yōu)勢病原菌。近年來(lái)，玉米穗腐病在我國的發(fā)生頻率和危害程度逐年增加，玉米一旦染病，發(fā)病率可高達50%。

　　“目前在生產(chǎn)中還沒(méi)有防治玉米穗腐病的有效方法，主要采用合理的栽培措施、適期播種、防治病蟲(chóng)鳥(niǎo)害、種子包衣劑等方式降低玉米穗腐病的危害。然而，選育和推廣抗病品種是解決玉米穗腐病危害最經(jīng)濟有效的方法。”謝傳曉說(shuō)。

　　傳統抗玉米穗腐病育種技術(shù)主要包括抗性種質(zhì)資源篩選、抗性遺傳規律解析、抗性位點(diǎn)（基因）回交轉育或聚合等。國內外大量種質(zhì)資源篩選鑒定表明高抗玉米穗腐病的資源相對匱乏，絕大部分種質(zhì)特別是玉米骨干自交系高感玉米穗腐病。

　　“受環(huán)境、病原菌、抗性鑒定方法等因素影響，較難找到一致的高抗、多抗的抗性基因。因此，目前國內外育成的高抗品種較少。”謝傳曉說(shuō)。

　　改良后玉米抗性得到提高

　　“該研究采用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，創(chuàng )制了系列目標基因突變體，其中獲得了3個(gè)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（1bp插入）、E2（1bp插入）和E3（5bp缺失）。科研人員分別在2020年北京、2021年海南、2021年北京，采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(kāi)展單株基因型鑒定與表型鑒定，進(jìn)行了抗性分析。”論文第一作者、中國農業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副研究員劉昌林告訴記者。

　　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(fā)病籽粒進(jìn)行驗證鑒定發(fā)現，與未發(fā)病籽粒相比，感病野生型發(fā)病籽粒的伏馬毒素高達數千倍，符合擬輪枝鐮孢菌致病特征，且病原鑒定表明，病害表型來(lái)源于接種的擬輪枝鐮孢菌。調查沒(méi)有發(fā)現突變對其他農藝性狀有顯著(zhù)的負面影響。

　　“本方法同傳統育種方法相比，可以快速改良玉米骨干種質(zhì)資源的抗性，降低玉米穗腐病的危害，靶標比較清楚，能顯著(zhù)縮短改良所需的時(shí)間。與傳統回交轉育相比，利用基因編輯技術(shù)改良受體玉米種質(zhì)的抗病性還可以克服連鎖累贅的問(wèn)題。”劉昌林指出。（馬愛(ài)平）