摘要：玉米穗腐病是世界上发生普遍、危害严重、防治困难的土传真菌病害，也是我国东华北、黄淮海、西南等玉米产区的主要病害。穗腐病不仅影响了玉米的产量与品质，而且其病原真菌产生毒素对人类和动物的健康与生命安全造成了严重威胁。近年来，穗腐病在我国主要玉米产区的连续大规模爆发

本网讯（通讯员 周子键）玉米穗腐病是世界上发生普遍、危害严重、防治困难的土传真菌病害，也是我国东华北、黄淮海、西南等玉米产区的主要病害。穗腐病不仅影响了玉米的产量与品质，而且其病原真菌产生毒素对人类和动物的健康与生命安全造成了严重威胁。近年来，穗腐病在我国主要玉米产区的连续大规模爆发，已成为产业发展亟待解决的难题，因而受到育种家和科研工作者的广泛关注。国家和地方政府高度重视玉米穗腐病，在2021年新一轮玉米审定标准修订中，国审与省审标准都明确把它作为一票否决的鉴定病害并加以严格限制。选育和推广抗病玉米品种是减少穗腐病危害的根本途径，然而穗腐病抗性是由微效多基因控制的数量性状，目前缺乏有效的改良方法。因此，挖掘抗病基因、解析遗传机制进而建立行之有效的育种体系，对突破玉米穗腐病遗传改良的技术瓶颈，具有重要的理论和实践意义。

近日，河南农业大学生命科学学院吴建宇教授团队在《Plant Communications》期刊在线发表了题为“An InDel insertion in the promoter of gene encodingUDP-D-glucuronate 4-epimerase 1enhances maize resistance against Fusarium ear rot”的研究论文，揭示了ZmGAE1通过细胞壁重塑调控玉米穗腐病抗性的分子机制，并证实敲除ZmGAE1可以提高玉米对穗腐病等多种病害的广谱抗性，为选育抗病品种提供了理论基础及分子工具。

研究结合QTL-seq与关联分析，鉴定到一个编码UDP-D-glucuronate 4-epimerase 1的基因ZmGAE1，该基因在半乳糖醛酸合成过程中发挥关键作用。随后，证实ZmGAE1启动子中141-bp的插入序列为调控镰孢菌穗腐病（Fusarium ear rot，FER）抗性的自然变异位点，可以降低ZmGAE1表达量并增强对FER的抗性。进而，通过过表达株系、基因编辑敲除株系及EMS突变体验证了ZmGAE1负调控玉米对FER的抗性。与野生型相比，zmgae1突变体籽粒的半乳糖醛酸和果胶含量显著增加，提升了籽粒基底down-placenta chalaza（DPC）区域细胞的致密程度，从而提高玉米对穗腐病的抗性并显著降低伏马毒素的积累水平。对大刍草、玉米地方种和现代玉米的单倍型分析表明，ZmGAE1抗病单倍型被育种家选择保留并富集在携带热带血缘的CML和P群等部分现代自交系中。令人振奋的是，通过基因编辑敲除ZmGAE1不仅提高了玉米对穗腐病、茎腐病、小斑病等多种病害的抗性，而且通过增强植株的茎秆强度提高了抗倒伏能力，且对产量性状未造成不利影响。因此，该基因可以作为基因编辑改良玉米综合抗性的重要靶标。综上所述，研究系统解析了ZmGAE1负调控玉米穗腐病抗性的分子机制，更为育种工作者提供了切实可行的穗腐病抗性改良方案。

河南农业大学博士研究生董朝沛为该论文第一作者，吴建宇教授和研究团队教师周子键、陈甲法为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32172034，32200505和31761143009）和“十四五”国家重点研发计划项目（2022YFD1201803）的资助支持。吴建宇教授团队长期从事玉米遗传育种相关工作，在玉米与微生物及环境互作的遗传机制解析及关键基因挖掘利用等领域开展了系统的研究。

编辑/黄璞 杨钰晨 审核/张会勇 签发/周红飞

来源：河南农业大学