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。

近日,中國農(nóng)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(shù)。

玉米穗腐病尚無有效防治方法

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(dāng)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%。”論文通訊作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員謝傳曉在接受記者采訪時表示。

“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。”謝傳曉說。

“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。”謝傳曉說。

改良后玉米抗性得到提高

“該研究采用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù),創(chuàng)制了系列目標(biāo)基因突變體,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(xué)院作物科學(xué)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。

“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(biāo)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(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題。”劉昌林指出。