近年來，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發(fā)價值。

近日，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所玉米基因編輯育種研究團隊，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。日前，相關論文在線發(fā)表于《植物生物技術》。

玉米穗腐病尚無有效防治方法

(資料圖)

“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引發(fā)籽粒腐爛。在我國，玉米穗腐病廣泛發(fā)生于各個玉米種植區(qū)，一般年份發(fā)病率為5%—10%，重發(fā)年份可達30%—40%，局部地區(qū)甚至可達100%?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所研究員謝傳曉在接受科技日報記者采訪時表示。

目前，國內(nèi)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(nèi)危害最大的兩個優(yōu)勢病原菌，也是我國玉米穗腐病的優(yōu)勢病原菌。近年來，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、防治病蟲鳥害、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?！敝x傳曉說。

傳統(tǒng)抗玉米穗腐病育種技術主要包括抗性種質(zhì)資源篩選、抗性遺傳規(guī)律解析、抗性位點（基因）回交轉(zhuǎn)育或聚合等。國內(nèi)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(nèi)外育成的高抗品種較少?！敝x傳曉說。

改良后玉米抗性得到提高

“該研究采用CRISPR/Cas9基因編輯技術，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（1bp插入）、E2（1bp插入）和E3（5bp缺失）?？蒲腥藛T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，開展單株基因型鑒定與表型鑒定，進行了抗性分析。”論文第一作者、中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所副研究員劉昌林告訴記者。

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)病籽粒進行驗證鑒定發(fā)現(xiàn)，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(shù)千倍，符合擬輪枝鐮孢菌致病特征，且病原鑒定表明，病害表型來源于接種的擬輪枝鐮孢菌。調(diào)查沒有發(fā)現(xiàn)突變對其他農(nóng)藝性狀有顯著的負面影響。

“本方法同傳統(tǒng)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，能顯著縮短改良所需的時間。與傳統(tǒng)回交轉(zhuǎn)育相比，利用基因編輯技術改良受體玉米種質(zhì)的抗病性還可以克服連鎖累贅的問題?！眲⒉种赋?。（馬愛平）