玉米（Zea mays）是禾本科玉蜀黍?qū)僖荒晟荼局参?，是世界上三大谷類作物之一，是重要的糧食作物。我國的玉米產(chǎn)量已經(jīng)超過水稻和小麥，位居第一位，所以玉米對(duì)我國的國民經(jīng)濟(jì)具有重要意義。但是長(zhǎng)期以來大量的玉米蟲害總是威脅著全球玉米的產(chǎn)量，玉米害蟲也多達(dá)350種之多。作為玉米最重要的抗蟲化合物，丁布類次生代謝物的生物合成途徑已基本闡明，但是玉米功能基因研究相對(duì)緩慢，再加上玉米轉(zhuǎn)基因技術(shù)的眾多缺陷，特別是轉(zhuǎn)化效率低以及周期長(zhǎng)的問題，使得丁布類次生代謝物的調(diào)控研究變得十分棘手，玉米抗蟲機(jī)理的研究進(jìn)展比較緩慢。
植物原生質(zhì)體體系具有高效、便捷和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，有利于各種植物信號(hào)途徑中功能基因的研究，已成為一種研究植物生理生化和分子機(jī)理的重要工具。近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所功能基因組學(xué)與利用團(tuán)隊(duì)吳建強(qiáng)課題組利用玉米黃化苗快速分離純化玉米原生質(zhì)體，通過PEG-Ca2+介導(dǎo)的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效玉米原生質(zhì)體轉(zhuǎn)染。同時(shí)通過優(yōu)化的HPLC-MS/MS分析方法，可快速測(cè)定玉米原生質(zhì)體中各種類型的丁布類次生代謝物含量，該研究首次分析得到丁布類次生代謝物在玉米原生質(zhì)體中含量隨時(shí)間的變化規(guī)律。此外，該研究基于昆蟲取食處理及不同玉米品系對(duì)比等實(shí)驗(yàn)積累的RNA-seq大數(shù)據(jù)中挖掘了可能的玉米丁布候選調(diào)控基因，利用優(yōu)化獲得的玉米原生質(zhì)體瞬時(shí)表達(dá)系統(tǒng)沉默和過表達(dá)了部分候選基因，篩選獲得了2個(gè)可能的丁布合成調(diào)節(jié)因子，分別是轉(zhuǎn)錄因子ZmbHLH20和ZmbHLH76，為后續(xù)玉米穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化和抗蟲機(jī)理研究奠定了基礎(chǔ)。該研究也為其它植物，特別是難以轉(zhuǎn)化的非模式植物（包括野生植物）的次生代謝產(chǎn)物合成和調(diào)控基因功能分析提供了借鑒。
研究成果以An efficient system composed of maize protoplast transfection and HPLC-MS for studying the biosynthesis and regulation of maize benzoxazinoids 為題在線發(fā)表于Plant Methods 雜志上。昆明植物所與云南大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生高磊和昆明植物所助理研究員申國境為該論文第一作者，吳建強(qiáng)為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院國際合作項(xiàng)目等的支持。
昆明植物所建立快速篩選丁布類代謝物合成和轉(zhuǎn)錄相關(guān)基因的玉米原生質(zhì)體平臺(tái)
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