近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所作物分子育種技術(shù)和應用創(chuàng)新團隊通過基因編輯靶向編輯玉米內(nèi)源基因，創(chuàng)制的突變體在多環(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)基礎。8月25日，相關研究結(jié)果在《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》上在線發(fā)表。

 

　　據(jù)謝傳曉研究員介紹，玉米穗腐病是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上普遍發(fā)生的一種真菌性病害，不僅造成玉米大幅減產(chǎn)，其產(chǎn)生的真菌毒素還嚴重影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，近年來已成為威脅我國玉米生產(chǎn)的主要病害。與小麥赤霉病、玉米莖腐病等主要農(nóng)業(yè)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，擬輪枝鐮孢和禾谷鐮孢是危害最大的兩種優(yōu)勢致病菌。已有研究報道在小麥、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(xiàn)出多態(tài)性，且該多態(tài)性與小麥中鑒定的抗性等位變異具有類似特征，表明該基因可能具有鐮孢菌病害抗性育種開發(fā)價值。

 

　　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）。分別于2020年北京、2021海南、2021北京三地，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，開展單株基因型鑒定與表型鑒定，進行了抗性分析。結(jié)果表明，與野生型相比，突變體均一致表現(xiàn)為中等抗性水平。對發(fā)病籽粒進行了驗證鑒定發(fā)現(xiàn)，與接種抗性材料相比，感病野生型發(fā)病籽粒的主要伏馬毒素高達數(shù)千倍，符合擬輪枝鐮孢致病特征，且病原鑒定表明病害表型來源于接種的擬輪枝鐮孢。同時，還調(diào)查了其它農(nóng)藝性狀，沒有發(fā)現(xiàn)突變對農(nóng)藝性狀有顯著的負面影響。該研究為抗穗腐病育種創(chuàng)制了重要的種質(zhì)材料和育種技術(shù)，為繼續(xù)深入深化鐮孢菌抗性機制及其育種應用研究奠定了重要基礎。

 

　　作科所劉昌林副研究員和碩士生孔銘為該文共同第一作者，謝傳曉研究員和劉昌林副研究員為論文通訊作者。該研究得到了來自海南省崖州灣種子實驗室、中國農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程和國家玉米現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目資助。