玉米研究所荣廷昭院士、唐祈林教授团队发表利用玉米-大刍草-摩擦禾异源六倍体MTP创制玉米矮秆新种质的研究进展

矮化性状代表着高产、耐肥、抗倒伏等优良特性，是小麦、水稻、玉米等多种农作物选育优良高产品种的重要研究方向。小麦、水稻的矮化育种取得了标志性的“绿色革命”，然而几乎所有绿色革命的成就都没有提及玉米的矮化育种。事实上，玉米矮化基因的研究与小麦和水稻起步大体一致，可是玉米矮化基因的创制及其育种应用仍充满挑战，迫切需要创新材料、开发新策略，挖掘和利用新的矮秆基因资源。本团队利用玉米（M）、四倍体多年生大刍草（P）和摩擦禾（T）三物种聚合体的玉米-大刍草-摩擦禾异源六倍体MTP为桥梁材料，与玉米杂交、回交创制抗病虫、耐逆等重要农艺性状的MTP-玉米渐渗系种质，发现了系列的新半矮秆性状材料，或许是助力培育突破性矮秆玉米的一种新选择。

2024年10月4日，四川农业大学唐祈林教授团队在国际知名植物学期刊Plant Biotechnology Journal(Q1/IF=10.1)发表了题为“Maize-Tripsacum-Teosinte allopolyploid (MTP), a novel dwarf mutant inducer tool in maize”的研究论文，报道了利用玉米-大刍草-摩擦禾异源多倍体（MTP）创制玉米矮秆种质的新方法，并以创制的一份矮秆种质为案例，揭示了矮秆基因的变异来源、矮化产生的分子机制及其育种潜力。

玉米-大刍草-摩擦禾异源多倍体（MTP）为创制玉米矮秆新种质提供了新的思路和基因源。本研究从MTP与玉米创制渐渗系种质中发现了10余份矮秆材料，对其中具有一定“应用价值”的5份半矮秆材料进行了系统的等位性、遗传方式和激素响应的鉴定，它们均与玉米矮秆Br2基因不等位，且5份种质的矮化基因相互也不等位；5份半矮秆种质以单基因遗传控制为主，激素响应分别为赤霉素敏感型、油菜素内酯敏感型、赤霉素和生长素不敏感型等类型。

新型玉米矮秆基因d024的变异来源、分子机制和育种潜力。对早期发现的MTP-玉米矮秆种质库中d024材料进行了基因的变异来源、矮化分子机制及其育种潜力研究，作者成功克隆了d024的矮秆基因ZmCYP90D1，发现该基因启动子区域的191bp变异来源于摩擦禾（MTP的亲本之一），是来自摩擦禾变异的矮秆基因。矮秆基因ZmCYP90D1的表达由上游转录因子ZmBES1/BZR1-5调控，从而影响ZmCYP90D1与ZmFDXs、ZmNAD（P）H的相互作用，调控茎节间油菜素内酯含量变化控制茎节间细胞的伸长，进而影响植株株高。育种潜力试验表明，与常规杂交种对照相比，适当密度下的矮秆基因杂交种与对照产量持平，而其抗倒伏能力和收获指数显著提高。

综上所述，玉米的野生近缘材料—大刍草和摩擦禾对多种生物和非生物胁迫方面表现出很强的抗性，一直备受关注。本项目利用四倍体多年生大刍草、摩擦禾和玉米三物种聚合体的玉米-大刍草-摩擦禾异源六倍体MTP为桥梁材料，与玉米杂交、回交，系统创制抗病、抗虫、耐逆、矮秆等重要农艺性状的MTP-玉米渐渗系新种质，为构建具有更强抗生物、非生物胁迫性和利用矮秆等新性状的玉米类作物品种提供了机遇。本研究利用MTP创制玉米矮秆新资源为矮秆玉米育种提供了一种新途径和新资源。

四川农业大学玉米研究所博士研究生周阳、已毕业博士李杨(现为绵阳师范学院教师)和硕士研究生罗林为论文的共同第一作者，四川农大唐祈林教授为通讯作者。感谢四川农大国家重点实验室李双成老师提供的帮助。本研究得到国家自然科学基金（31371640，32272035）、国家现代农业产业技术体系四川玉米创新团队（SCCXTD-2024-2）、四川省饲草育种攻关（2021YFYZ0013-3）、四川科技创新创业苗子工程（2023JDRC0117）等项目的资助。