整合多种病害相关性状提升热带玉米对玉米矮化病耐受性的表型分层

《Agronomy》：Integrating Multiple Disease-Related Traits Improves Phenotypic Stratification of Corn Stunt Tolerance in Tropical Maize

　　

玉米矮化病是影响美洲热带地区玉米（Zea mays L.）生产最重要的病害之一。该病由玉米叶蝉（Dalbulus maidis）传播的病原复合体引起，其以数量遗传为主，增加了田间条件下耐受基因型鉴定的复杂性。在此背景下，研究人员旨在对热带公共玉米多样性群体开展玉米矮化病耐受性的全面表型分层，并鉴定用于育种和遗传研究的对比自交系。共在自然侵染条件下评价了360份自交系，采用三个互补的病害响应性状：存活植株健康评分（SPHS）、存活植株比例（PSP）和整株健康评分（WPHS）。多性状混合模型分析揭示了显著的遗传变异、中等到较高的广义遗传力，以及所有评价性状显著的基因型×环境互作。由标准化最佳线性无偏预测（BLUPs）计算得到的多性状指数（MSI）成功整合了三个表型组分，并实现了多样性群体的稳健分层，鉴定出60份高度耐受和60份高度感病的自交系。此外，基因组主成分分析表明，这些表型极端材料分布于热带和亚热带种质中，说明耐受性不局限于单一遗传背景。所提出的表型框架为表征数量病害耐受性、鉴定优异亲本种质，以及为未来研究玉米矮化病耐受性遗传机制建立明确的表型极端群体，提供了一种稳健且可重复的策略。

**研究背景与目的**

玉米是全球重要的粮食、饲料和工业原料作物，其C₄光合途径和广泛适应性使其在热带与温带地区均可种植。近年来，巴西等热带产区通过连续种植和一年多熟制大幅提高了产量，但也为玉米叶蝉（Dalbulus maidis）及其传播的玉米矮化病（corn stunt）病原复合体提供了持续的寄主桥梁，导致该病流行日趋严重。玉米矮化病由螺原体（Spiroplasma kunkelii）、植原体（Candidatus Phytoplasma asteris）和玉米rayado fino病毒（maize rayado fino virus, MRFV）等病原复合体引起，严重时可造成超过60%的产量损失。由于该病为虫媒传播，田间发病压力在时间和空间上高度异质，且玉米对玉米矮化病的耐受性主要表现为多基因控制的数量性状，受环境与基因型×环境互作影响显著，单一表型性状难以全面反映寄主的耐受能力。因此，研究人员利用包含360份自交系的热带公共玉米多样性群体，在自然发病条件下整合多个互补的病害响应性状，开展表型分层，以期筛选极端耐受和极端感病材料，为育种利用和后续遗传解析奠定基础。该研究发表于《Agronomy》。

**研究方法概述**

以360份公共热带玉米自交系为材料（179份来自巴西圣保罗大学Luiz de Queiroz农学院遗传学系ESALQ–USP，181份来自巴拉那农艺研究所IAPAR），在巴西圣保罗州ESALQ和Anhembi两个地点进行自然发病田间试验，采用重复不完全区组设计，在R3期调查PSP、SPHS和WPHS。主要方法包括：二维惩罚样条方差分析（PS-ANOVA）空间混合模型校正田间空间异质性并估计方差分量与Cullis广义遗传力；多变量线性混合模型联合分析性状并预测基因型最佳线性无偏预测（BLUPs）；对PSP和SPHS的BLUPs进行z-score标准化后平均构建标准化多性状指数（MSI）；