玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性种质资源鉴定及抗性基因挖掘

【目的】玉米茎腐病是我国玉米主产区普遍发生的重要病害之一,自然条件下,玉米茎腐病多由多种病原菌共同侵染造成。筛选抗禾谷镰孢菌(Fusarium graminearum)和拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides)复合侵染的优异玉米种质,鉴定与复合病原引起的茎腐病抗性相关数量性状核苷酸(quantitative trait nucleotide,QTN),挖掘抗性候选基因,为玉米抗复合病原抗性分子育种提供基因资源和理论借鉴。【方法】以一个玉米自然群体为试验材料,接种F.graminearum和F.verticillioides复合病原菌,鉴定茎腐病表型;利用全基因组关联分析,筛选显著抗性SNP位点,预测抗病候选基因。【结果】通过田间和室内2个环境下接种复合病原后的茎腐病表型鉴定试验,发现不同来源和亚群的自交系对复合病原侵染的表型差异显著。田间表型鉴定结果表明,收集于中国的自交系普遍抗性较高,而美国的自交系普遍感病性较高;热带及亚热带亚群的自交系抗性较高,混合型亚群的自交系感病性较高。室内表型鉴定结果表明,收集于美国的自交系材料抗性较高,国际玉米小麦改良中心的自交系材料感病性高;硬秆亚群的玉米种质表现较高抗性,混合型亚群的种质表现较高感病性。于田间和室内2个环境下分别筛选出29份和16份对复合病原侵染具有较高抗性水平的种质,2个环境共同筛选到6份抗病种质。基于田间表型GWAS分析,鉴定到18个与复合病原茎腐病抗性显著相关的QTN,挖掘出93个抗病候选基因;有4个基因表现出单倍型变异,且接种后基因表达水平在抗病材料中呈上调趋势。【结论】利用遗传背景丰富的玉米自然群体,在2个环境中共同鉴定出6份玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性材料,可作为潜在的玉米抗茎腐病育种种质资源;挖掘出4个可能参与复合病原菌抗性的候选基因,为玉米镰孢菌复合病原茎腐病抗性育种提供基因资源。