倒伏是全球玉米生產(chǎn)面臨的主要威脅之一，每年造成5%–20%的產(chǎn)量損失。玉米倒伏主要包括莖稈彎曲、莖稈折斷和根倒伏三種類型。鑒定調(diào)控玉米莖稈和根發(fā)育的關(guān)鍵基因并解析其分子機(jī)制，對(duì)提高玉米抗倒伏性至關(guān)重要。然而，目前對(duì)玉米抗倒伏特別是抗根倒伏的遺傳機(jī)制知之甚少，可利用的抗倒伏基因也十分有限。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)林中偉教授團(tuán)隊(duì)題為“

The quantitative trait locus

stiff2

controls stalk bending strength and root architecture in maize

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)包含260份玉米自交系的關(guān)聯(lián)群體中22個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)開花期在決定莖稈彎曲強(qiáng)度方面起核心作用。在B73和Ki11雜交構(gòu)建的重組自交系群體中，控制莖稈彎曲強(qiáng)度的QTL stiff2與開花期關(guān)鍵基因ZmCCT重疊。進(jìn)一步關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，stiff2對(duì)應(yīng)ZmCCT，其啟動(dòng)子區(qū)一個(gè)5 kb的轉(zhuǎn)座元件插入顯著降低莖稈彎曲強(qiáng)度。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)表明，ZmCCT基因上調(diào)表達(dá)的植株莖稈更粗，莖稈表皮木質(zhì)素積累更多，從而表現(xiàn)出更高的莖稈彎曲強(qiáng)度?；蛘{(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析揭示，ZmCCT通過(guò)調(diào)控9個(gè)關(guān)鍵基因影響莖稈彎曲強(qiáng)度，包括調(diào)控氮轉(zhuǎn)運(yùn)的nrt5基因，調(diào)控莖稈發(fā)育的Tu1、dwarf8和dwarf9基因，調(diào)控莖稈增粗的ub2、ub3和ch1.2基因，以及調(diào)控細(xì)胞壁木質(zhì)素沉積的myb69和bm4基因。突變體分析表明，ub2ub3雙突變體和ch1.2突變體的莖稈彎曲強(qiáng)度較野生型顯著降低。此外，對(duì)ZmCCT上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因植株的根系分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性植株表現(xiàn)出節(jié)根數(shù)、節(jié)根層數(shù)、根長(zhǎng)、根粗、根干重和根毛等性狀的顯著提升，這些變化共同塑造了更強(qiáng)大的根系結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升玉米的抗根倒伏能力。

ZmCCT

綜上所述，該研究揭示stiff2既能增強(qiáng)玉米地上部莖稈抗倒伏性，也能通過(guò)優(yōu)化根系構(gòu)型提高基部抗根倒伏能力。stiff2下游基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的鑒定為玉米抗倒伏分子育種提供了重要靶標(biāo)。

作者簡(jiǎn)介

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)鐘舒陽(yáng)博士(現(xiàn)為大北農(nóng)生物技術(shù)公司技術(shù)人員)和博士生許樂(lè)為該論文共同第一作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)林中偉教授為通訊作者。