玉米抗镰刀菌穗腐病和伏马菌素污染的先进回交选育研究及其遗传机制解析

本研究通过先进回交策略将抗性供体GE440的镰刀菌穗腐病（FER）和伏马菌素（FUM）抗性等位基因导入优良自交系LH132，创制出兼具抗性与农艺性状的玉米新种质。鉴定出2个FER抗性（染色体1和4）和1个FUM抗性（染色体2）关键渗入区段，其杂交种产量与轮回亲本相当，为抗病育种提供了可直接利用的遗传资源。

　　

摘要

玉米（Zea mays L.）穗腐病和籽粒真菌毒素污染威胁粮食安全，遗传改良是根本解决方案。研究团队通过多代回交将高抗但农艺性差的GE440抗性基因导入优良商业自交系LH132，获得21个BC₄F_3:4抗病株系。这些株系及其测交杂交种的FER和FUM水平显著低于轮回亲本，最优株系BC0767-1的杂交种产量达7.2 Mg ha^-1，与商业品种相当。基因组分析发现染色体1（77.6 Mbp）和4（43 Mbp）的渗入区段与FER抗性相关，染色体2（90.2 Mbp）区段调控FUM积累，与既往GE440衍生群体的QTL定位结果一致。

材料与方法

群体构建：以LH132为轮回亲本、GE440为供体，经4代回交和3代自交获得236个BC₄F_2:3株系。表型筛选：通过丝通道和苞叶注射接种镰刀菌（Fusarium verticillioides），采用5%间隔的视觉评分和ELISA检测FUM含量。基因分型：基于Illumina NovaSeq 6000测序获得2804个SNP，ABH编码法鉴定渗入片段。田间试验：采用5×5格子方设计，在3个环境评估抗性和农艺性状。

结果与讨论

抗性表现：21个优选株系的平均FER（32.6%）显著低于LH132（51.2%），其中12个株系FER降幅达显著水平（p<0.05）。BC0767-1的FUM含量（1.1 μg g^-1）较轮回亲本降低80%。农艺性状：优选株系开花期、株高（1.4 m）等性状与LH132无显著差异，成功摆脱GE440的晚熟、易倒伏缺陷。杂交种表现：抗性株系×LH287的杂交种FER（14.7%）与商业品种DKC63-57（14.6%）相当，且产量相关性不显著（r=0.13）。

遗传机制：

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  染色体1的S1_257557287（257.6 Mb）和染色体4的S4_180297191（180.3 Mb）分别解释FER抗性7.6%和6.0%的变异，与Robertson-Hoyt等报道的bin 1.10/4.06 QTL区重合。

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  染色体2的S2_115229655（115.2 Mb）关联FUM含量降低0.9 μg g^-1，与Maschietto等鉴定的bin 2.05区域一致。

结论

该研究证实GE440的抗性等位基因在不同遗传背景中稳定表达，创制的抗病种质可直接用于育种。大片段渗入区的鉴定为后续精细定位奠定基础，结合分子标记辅助选择（MAS）可加速抗性品种培育。研究策略为其他作物抗病育种提供了范式，尤其适用于多基因控制的复杂性状改良。