当前位置: 本站首页 >> 新闻公告 >> 实验室新闻 >> 正文

我室解析玉米重要产量基因取得重要进展

信息来源:     发布时间:2020-02-22

2月20日,我室玉米研究团队张祖新教授课题组在Nature子刊《Nature Communications》在线发表题为“A serine/threonine protein kinase encoding gene KERNEL NUMBER PER ROW6 regulates maize grain yield”的文章,证实了一个编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的基因KNR6 (KERNEL NUMBER PER ROW6),该基因通过影响雌穗小花数目、穗长和行粒数进而控制玉米产量。在不同遗传背景的杂交种中导入有利等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数,增强表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。研究还发现,KNR6与Arf-GTPase激活蛋白(AGAP) 互作并磷酸化AGAP,通过调节花序发育而影响穗长和行粒数。该研究结果有助于解析玉米穗粒数形成的分子机制,为提高玉米杂交种产量提供了理论依据和基因资源。


微信图片_20200220214005


玉米(Zea mays L.)是当今世界重要的粮食、饲料、工业原料和能源作物,在保障世界粮食安全、经济发展及缓解能源危机等方面作用巨大。玉米籽粒是经济发展的重大需求,也是遗传育种学科的重大研究课题。近一个世纪来,通过育种家的不懈努力,玉米单位面积籽粒产量提高了6~8倍,但是,我们至今对玉米遗传改良过程中所选择基因或位点知之甚少。

张祖新教授课题组基于图位克隆策略,首次克隆了一个控制玉米穗长、每行籽粒数和籽粒产量的QTL。 研究发现,候选基因KNR6编码一个丝氨酸苏氨酸类受体蛋白激酶,并且该基因5'-UTR区域的一个Harbinger-like转座子插入缺失变异和基因5.1kb上游区域的一个长末端重复逆转座子(LTR)的插入缺失变异可引起KNR6的调控区域的甲基化水平的改变,进而导致KNR6表达水平的改变。而KNR6的表达水平与玉米自交系果穗长度和每行籽粒数正相关。借助分子标记辅助选择,将KNR6增效等位基因型置换四个自交系的减效等位基因型,导致穗长和行粒数增加,且改良版的郑单958籽粒产量比其改良前提高5.6%。在不同遗传背景的杂交种中导入增效等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数,过表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。


微信图片_20200220214016


研究还发现,KNR6具有自磷酸化和磷酸化的活性,可通过磷酸化其互作蛋白AGAP进而调控花序分化,这是一个重要的理论发现。结合KNR6蛋白的磷酸化功能,从蛋白质磷酸化组学解析KNR6可能参与的调控网络,并从分子生物学等层面探明KNR6在玉米花序发育控制中的生物学机制,可为阐明玉米穗粒数形成的遗传机制及调控网络奠定基础。

论文链接https://www.nature.com/articles/s41467-020-14746-7


 


中国·湖北·武汉 南湖狮子山街一号 430070 Tel:+86-27-87282027 Fax:+86-27-87384670

CopyRight (C) 2014 版权所有 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室