近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所玉米功能基因組團(tuán)隊(duì)和作物代謝調(diào)控與營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)合作研究，構(gòu)建出首個(gè)玉米全節(jié)間時(shí)空特異轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，發(fā)掘和解析了關(guān)鍵基因CYP90D1調(diào)控玉米節(jié)間發(fā)育的分子機(jī)制，揭示了調(diào)控玉米節(jié)間發(fā)育的基因表達(dá)新模式。該研究拓展了對(duì)玉米莖稈發(fā)育機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為玉米株型分子改良提供了基因資源。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。

 

　　株高是最重要的株型性狀之一，對(duì)玉米生長(zhǎng)、光合作用、抗倒伏性和農(nóng)機(jī)收割都有重要影響，是決定玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。株高主要取決于玉米莖稈節(jié)間數(shù)和節(jié)間長(zhǎng)度，合理的株高才能促進(jìn)玉米豐收高產(chǎn)。隨著基因組學(xué)、生物信息學(xué)及預(yù)測(cè)模型的快速發(fā)展，目前已鑒定出一些玉米節(jié)間發(fā)育和株高相關(guān)的調(diào)控基因，然而對(duì)于玉米節(jié)間發(fā)育的系統(tǒng)研究和調(diào)控機(jī)制仍缺乏深入理解。

 

　　拔節(jié)期是玉米株高形成的最關(guān)鍵時(shí)期，也是玉米生長(zhǎng)發(fā)育最旺盛的階段。研究人員收集了玉米自交系B73的拔節(jié)期和成熟期全部節(jié)間，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，通過(guò)PCA聚類(lèi)分成初成熟區(qū)、分生區(qū)、基底區(qū)及成熟區(qū)等四個(gè)特異發(fā)育時(shí)區(qū)。每個(gè)區(qū)域都有與特定發(fā)育時(shí)期相關(guān)的特異表達(dá)基因。并對(duì)5個(gè)代表性的節(jié)間進(jìn)行深入的差異基因表達(dá)分析，分別鑒定了分生階段和延長(zhǎng)階段的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。進(jìn)一步結(jié)合節(jié)間長(zhǎng)度、直徑、周長(zhǎng)和重量等數(shù)據(jù)進(jìn)行WGCNA分析與表型預(yù)測(cè)，構(gòu)建了首個(gè)玉米全節(jié)間時(shí)空特異基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并鑒定了一批與表型高度相關(guān)的基因，通過(guò)Crispr-Cas9技術(shù)驗(yàn)證了關(guān)鍵候選基因CYP90D1的功能，說(shuō)明了該基因在株型改良和分子育種中可能的應(yīng)用價(jià)值。

 

　　該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.13909