玉米全基因组关联分析揭示抗草地贪夜蛾关键基因及其分子机制

本研究针对玉米(Zea mays L.)受入侵性害虫草地贪夜蛾(FAW)严重威胁的产业难题，通过整合Maize6H-60K SNP芯片基因分型与田间抗性表型数据，对212份中国东南部玉米自交系开展全基因组关联分析(GWAS)，鉴定出21个显著关联SNP位点及25个功能富集于信号转导、防御响应和激素调控的候选基因，为玉米抗虫分子育种提供重要靶点。

　　

玉米作为全球重要的粮食、饲料和工业原料作物，正面临来自美洲的入侵性害虫草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda, FAW)的严峻威胁。这种害虫自2019年入侵中国后迅速扩散，其幼虫专食玉米幼嫩组织，可造成高达100%的产量损失。传统化学农药不仅带来环境问题，FAW对Bt毒素蛋白的耐药性进化更使得转基因抗虫玉米的长期防控效果面临挑战。在此背景下，挖掘玉米自身抗性基因资源成为可持续防控的关键突破口。

安徽省玉米育种工程技术研究院的研究团队在《Gene》发表的研究中，通过对212份源自中国东南部育种项目的玉米自交系进行系统研究，结合两年田间抗性表型评估和6H-60K SNP芯片基因分型，首次全面解析了中国玉米种质对FAW的抗性遗传基础。研究不仅定位到关键抗性位点，更揭示了植物-昆虫互作的新型分子机制。

研究采用三大关键技术：1) 基于随机区组设计的田间抗性表型精准评估(2023-2024连续两年)；2) Maize6H-60K SNP芯片全基因组扫描；3) 整合启动子顺式元件分析、GO功能注释和qRT-PCR验证的多组学分析策略。

【GWAS植物材料和表型评估】
研究团队在安徽科技学院实验站(北纬32.875°，东经117.554°)开展标准化田间试验，采用1-9级评分系统量化叶片损伤程度。表型数据分析显示，2023年和2024年抗性评分分别呈现25.569%和29.305%的变异系数(CV)，广义遗传力(h²)介于17.629%-19.716%，符合数量性状遗传特征。

【GWAS定位玉米抗FAW位点】
通过混合线性模型(MLM)分析，在染色体1、2、3、5、6和7上鉴定到21个显著关联SNP(P<1×10^-4)，其中6号染色体上的snp-6H_8123564与已报道的QTL区间重叠。这些位点可解释17.2%-23.8%的表型变异，表明存在多基因微效遗传架构。

【候选基因功能解析】
在关联区间内筛选的25个候选基因中，Zm00001d045489编码JA信号通路中的JAZ阻遏蛋白，其启动子含有TGACG-motif等茉莉酸响应元件；Zm00001d017205属于WRKY转录因子家族，在FAW取食后表达量上调4.7倍。RNA-seq数据验证显示，6个候选基因在虫害胁迫下差异表达倍数超过2倍。

【结论与意义】
该研究首次系统绘制了中国玉米种质抗FAW的遗传图谱，发现抗性相关基因主要富集于：1) 激素信号转导(JA/SA)；2) 细胞防御响应(几丁质酶、蛋白酶抑制剂)；3) 转录重编程(WRKY/MYB)。这些基因启动子区密集分布着W-box、G-box等逆境响应元件，揭示了玉米通过激活防御相关转录网络抵抗FAW的分子模式。研究成果不仅为分子标记辅助选择(MAS)提供了可靠靶点，更为创制非转基因抗虫玉米新品种奠定了理论基础。值得注意的是，定位到的部分SNP与抗亚洲玉米螟(Ostrinia furnacalis)的QTL存在共定位现象，暗示玉米可能进化出广谱抗虫机制。未来研究需通过基因编辑等技术验证这些候选基因的功能，并探索其在不同遗传背景中的互作效应。