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科技日報記者 馬愛平
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。日前，相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表在《植物生物技術(shù)》（Plant Biotechnology Journal）上。
中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所供圖
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，擬輪枝鐮孢菌和禾谷鐮孢菌是危害最大的兩種優(yōu)勢致病菌。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，因此，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。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)突變對其它農(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)深化鐮孢菌抗性機制及其育種應用研究奠定了重要基礎。
該研究得到海南省崖州灣種子實驗室、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(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。
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