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我校玉米团队克隆穗长和产量新基因YIGE2
作者:刘喻编辑:彭士宁审核:发布时间:2024-05-29

5月29日,我校严建兵教授团队在The Plant Journal在线发表了题为 “The additive function of YIGE2 and YIGE1 in regulating maize ear length”的研究论文。该研究克隆到一个控制玉米穗长、行粒数和穗重的新基因YIGE2,通过参与生长素信号通路来调控玉米雌穗花序的发育,最终影响玉米的产量。

玉米作为我国主要粮食和饲料作物,其产量对农业和畜牧业至关重要。提高玉米单位面积产量是保障我国玉米供需平衡的关键。穗长作为玉米重要的产量构成因子之一,增加穗长,可使每穗籽粒数增多,单穗产量增加。然而,人们对控制玉米穗长的基因及其作用机理知之甚少。目前玉米中仅有4个穗长基因被克。业骺鼗剖指丛。因此,挖掘更多控制玉米穗长相关的新基因,解析玉米产量性状形成的机理,有助于培育玉米高产新品种。

严建兵团队前期已鉴定到一个控制玉米穗长的正调控基因YIGE1,它通过影响花序发育、小花数以及穗粒数调控玉米的产量。近期,本课题组罗芸博士克隆了YIGE1的同源基因YIGE2,该基因同样参与花序发育进程来影响玉米的产量。试验数据表明,利用CRISPR-Cas9基因编辑技术同时敲除YIGE1和YIGE2基因,穗长和行粒数相比于单突材料显著减少,遗传结果表明两基因存在功能冗余(图1)。

图1 YIGE1和YIGE2功能冗余

图1 YIGE1和YIGE2功能冗余

之后,作者取单突和双突材料雌花序2-5mm测了RNA-seq,发现相比于野生型,单突和双突材料中内源生长素IAA及其衍生物含量显著降低,相关基因表达水平下降,使得雌性小花数目减少。同时,相比于yige1和yige2单突材料,yige1 yige2双突材料幼穗中IAA,IAA-Asp及OxIAA含量显著降低(图2)。因此,YIGE1和YIGE2通过影响玉米雌穗花序分生组织中生长素含量来调控玉米雌穗发育。

图2 YIGE1和YIGE2调控玉米雌穗花序分生组织中生长素含量

图2 YIGE1和YIGE2调控玉米雌穗花序分生组织中生长素含量

这一研究成果揭示了YIGE1和YIGE2功能保守,共同参与生长素信号通路来调节穗粒数和籽粒产量。该研究成果不仅为玉米产量性状形成的遗传基础提供了新的认识,也为玉米穗长的遗传改良提供了重要的基因资源。

我校植物科学技术学院博士研究生刘喻和硕士研究生李会楠为该论文的共同第一作者,严建兵教授课题组罗芸博士为该论文的通讯作者。我校严建兵教授、美国冷泉港实验室的David Jackson教授、德国马克斯-普朗克分子植物生理研究所Alisdair R. Fernie教授和崖州湾国家实验室刘杰青年科学家参与指导了该项工作。我校王跃斌、姜程淋、周子奇、卓琳、李文强为该研究提供了田间及其它实验支持。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金和湖北省自然科学基金等项目的资助。

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