玉米是我国种植面积最广、产量最高的主粮作物，兼具饲料、生物能源和工业原料等多重功能，对国家粮食安全与农业经济可持续发展具有重要战略意义。然而，大田生产中普遍存在的拟轮枝镰孢菌（Fusarium verticillioides，F.v）侵染严重威胁玉米生产。该病原菌通过土壤、空气和种子多途径传播，可诱发苗枯病、茎腐病和穗粒腐病等系统性病害，不仅造成籽粒霉变减产，其分泌的伏马菌素更会通过食物链威胁人畜健康。当前，我国在玉米抗镰孢菌种质创新、抗性遗传网络解析及分子标记开发等研究领域仍存在显著不足，尽管研究人员通过正向遗传学方法获得了一些有潜在应用价值的变异区间，但是由于F.v抗性的复杂性，鉴定并经过功能验证的优异抗性基因稀缺；而且多数研究只关注单一抗性，对F.v导致的多种病害的综合抗性研究很少。
本研究前期通过遗传连锁分析鉴定到玉米种腐病抗性相关基因ZmXYXT2，该基因隶属于GT61糖基转移酶家族，编码一个潜在的木聚糖木糖基转移酶(Xylan Xylosyltransferase 2)。表达谱分析表明，ZmXYXT2在玉米全生育期各组织中呈组成型表达，且其转录水平在F.v侵染后显著上调，包括幼苗、籽粒和种子等关键器官，提示该基因可能参与多器官协同抗病过程。表型验证实验显示：ZmXYXT2功能突变导致玉米对F.v引发的苗枯病、茎腐病、穗粒腐及种腐病的敏感性增强，且玉米植株及籽粒中伏马菌素B1含量显著升高；而超表达株系则对这些病害表现出广谱抗性。进一步研究发现，ZmXYXT2过表达可重塑细胞壁组分，增加木聚糖侧链修饰水平，促使阿拉伯糖、木糖及阿魏酸含量增加；这些变化导致细胞壁增厚，从而有效抑制病原菌的胞内侵染和胞间扩散。值得注意的是，这种抗性强化并未影响玉米产量性状，反而提升了茎秆机械强度。该研究首次揭示了GT61家族基因通过调控细胞壁重构抵御镰孢菌侵染的分子机制，为创制兼具抗病性与优良农艺性状的玉米新品种提供了理论依据和关键靶点。
ZmXYXT2调控玉米拟轮枝镰孢菌抗性示意图
张会勇教授课题组致力于玉米F.v抗性基因的挖掘和功能研究（Zhou et al., 2020, Genomics Proteomics & Bioinformatics；Xu et al., 2022, Molecular Plant Pathology；Ma et al., 2022, Plant Disease；Ma et al., 2023, Plant Biotechnology Journal），本研究通过ZmXYXT2的功能解析为玉米F.v病害广谱抗性改良提供了一个重要的基因资源。青年教师徐玉芳、硕士研究生范玉栋为该论文第一作者，张会勇教授和李涛副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和河南农业大学高层次人才基金的资助。
论文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S2090-1232(25)00121-3
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编辑/徐玉芳 审核/张会勇
