我室解析玉米重要产量基因取得重要进展

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。

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。

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

相关知识

连发两篇！王海洋团队在解析玉米开花期的分子机制和中国玉米育种过程中重要农艺性状及基因表达变化的遗传规律方面取得重要进展
上海生科院植物抗病抗逆研究取得重要进展
祝贺！王海洋教授成果入选 “2023年中国植物科学30项重要进展”
休闲所邓衍明团队在绣球花研究方面取得重要进展
中国热带农业科学院 要闻聚焦 中国热科院在基因编辑创制新型淀粉木薯种质方面取得重要进展
园林学院教授课题组在百合花香合成调控领域取得重要进展
休闲所花卉创新团队在茉莉花研究方面取得重要进展
陈建群教授课题组在植物抗病基因起源与演化研究方面取得重要进展
核盘菌致病机理研究取得重要进展
云南重要花卉品种自主创新取得进展

网址: 我室解析玉米重要产量基因取得重要进展 https://www.huajiangbk.com/newsview1360583.html