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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，其病原真菌主要为镰孢菌。 研究表明，小麦和玉米中存在镰孢菌的耐药基因。 其中，玉米中ZmFER1基因可能具有镰孢菌病害抗性育种的开发价值。
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小组发现，经基因编辑靶标编辑玉米内源基因所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，是抗病育种的重要种子材料和育种技术日前，相关论文在线发表于《植物生物技术》。
没有对玉米穗腐病的有效防治方法
“玉米穗腐病主要引起玉米穗和籽粒腐烂，玉米收获后贮藏不当也会引起籽粒腐烂。 在我国，玉米穗腐病广泛发生在各玉米种植区，普遍年发病率为5%—10%，复发年数为30%—40%，部分地区高达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。
目前国内外已报道有70多种病原菌引起玉米穗腐病，这些病原菌可单独或复合感染，其中，拟轮枝镰孢菌和禾谷镰孢菌是世界上危害最大的两大优势病原菌，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，玉米患病发病率可达50%。
“目前生产中还没有防治玉米穗腐病的有效方法，主要采用合理栽培措施、适时播种、防治病虫鸟害、种衣剂等方式降低玉米穗腐病的危害。 但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。
传统的抗玉米穗腐病育种技术主要包括抗性种质资源筛选、抗性遗传规律分析、抗性位点(基因)回交培育或聚合等。 国内外大量种质资源的筛选鉴定表明，抗玉米穗腐病的资源相对匮乏，是绝大多数种子特别是玉米骨干自交系的高敏玉米穗腐病。
“受环境、病原菌、耐药鉴定方法等因素的影响，很难找到一致的高抗、多抗耐药基因。 因此，目前国内外培育的高抗品种很少。 ”谢传晓说。
改良后玉米的抗性提高
“这项研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术制备了一系列目标基因变异体。 其中，获得了包括删除CRISPR/Cas基因编辑元件的E1(1BP插入)、E2 ) 1BP插入)、E3 ) 5BP缺失)在内的3个ZmFER1基因隐性纯合突变体。 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一对一混合的盲样人工接种拟轮枝镰孢菌，开展单株基因型鉴定和表现型鉴定，并进行抗性分析。 ”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，突变体均呈中度抗性水平。 对发病籽粒进行验证鉴定，与未发病籽粒相比，感病野生型发病籽粒的伏安毒素高达数千倍，符合拟轮枝镰孢菌的发病特点，且病原鉴定表明病害表型来源于接种的拟轮枝镰孢菌未发现突变对其他农艺性状有显著负面影响。
“本方法与传统育种方法相比，能快速改良玉米核心种质资源抗性，降低玉米穗腐病危害，靶标比较清晰，可显著缩短改良所需时间。 与传统回交转育相比，利用基因编辑技术改良受体玉米种子的抗病性还可以克服连锁障碍问题。 ”刘昌林指出。 (马爱平) )。
资料来源：科技日报
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