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新技术缩短玉米穗腐病抗性育种时间

来源:科技日报2022-11-17 09:52

  近年来,玉米穗腐病已成为威胁我国玉米生产的主要病害之一,其病原真菌主要是镰孢菌。已有研究表明,小麦、玉米中存在镰孢菌的抗性基因。其中,玉米中的ZmFER1基因可能具有镰孢菌病害抗性育种开发价值。

  近日,中国农业科学院作物科学研究所玉米基因编辑育种研究团队,通过基因编辑靶向编辑玉米内源基因创制的突变体在多种环境下对玉米拟轮枝镰孢穗腐病具有明显抗性,为抗病育种提供了重要的种质材料与育种技术。日前,相关论文在线发表于《植物生物技术》。

  玉米穗腐病尚无有效防治方法

  “玉米穗腐病主要造成玉米果穗和籽粒腐烂,玉米收获后存储不当也会引发籽粒腐烂。在我国,玉米穗腐病广泛发生于各个玉米种植区,一般年份发病率为5%—10%,重发年份可达30%—40%,局部地区甚至可达100%。”论文通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所研究员谢传晓在接受科技日报记者采访时表示。

  目前,国内外已报道70余种病原菌可引起玉米穗腐病,这些病原菌可单独或复合侵染,其中,拟轮枝镰孢菌和禾谷镰孢菌是在全球范围内危害最大的两个优势病原菌,也是我国玉米穗腐病的优势病原菌。近年来,玉米穗腐病在我国的发生频率和危害程度逐年增加,玉米一旦染病,发病率可高达50%。

  “目前在生产中还没有防治玉米穗腐病的有效方法,主要采用合理的栽培措施、适期播种、防治病虫鸟害、种子包衣剂等方式降低玉米穗腐病的危害。然而,选育和推广抗病品种是解决玉米穗腐病危害最经济有效的方法。”谢传晓说。

  传统抗玉米穗腐病育种技术主要包括抗性种质资源筛选、抗性遗传规律解析、抗性位点(基因)回交转育或聚合等。国内外大量种质资源筛选鉴定表明高抗玉米穗腐病的资源相对匮乏,绝大部分种质特别是玉米骨干自交系高感玉米穗腐病。

  “受环境、病原菌、抗性鉴定方法等因素影响,较难找到一致的高抗、多抗的抗性基因。因此,目前国内外育成的高抗品种较少。”谢传晓说。

  改良后玉米抗性得到提高

  “该研究采用CRISPR/Cas9基因编辑技术,创制了系列目标基因突变体,其中获得了3个ZmFER1基因隐性纯合突变体,包括已删除CRISPR/Cas基因编辑元件的E1(1bp插入)、E2(1bp插入)和E3(5bp缺失)。科研人员分别在2020年北京、2021年海南、2021年北京,采用突变体与野生型种子1∶1混合盲样人工接种拟轮枝镰孢菌,开展单株基因型鉴定与表型鉴定,进行了抗性分析。”论文第一作者、中国农业科学院作物科学研究所副研究员刘昌林告诉记者。

  结果表明,与野生型相比,突变体均一致表现为中等抗性水平。对发病籽粒进行验证鉴定发现,与未发病籽粒相比,感病野生型发病籽粒的伏马毒素高达数千倍,符合拟轮枝镰孢菌致病特征,且病原鉴定表明,病害表型来源于接种的拟轮枝镰孢菌。调查没有发现突变对其他农艺性状有显著的负面影响。

  “本方法同传统育种方法相比,可以快速改良玉米骨干种质资源的抗性,降低玉米穗腐病的危害,靶标比较清楚,能显著缩短改良所需的时间。与传统回交转育相比,利用基因编辑技术改良受体玉米种质的抗病性还可以克服连锁累赘的问题。”刘昌林指出。(马爱平)

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