PBJ | 中国农业大学贺岩教授课题组在玉米花粉育性自然变异研究领域取得重要进展
玉米作为世界上最重要的作物之一，具有异花授粉特性，通常每株玉米产生的可育花粉粒，远远超过植株需求。在过去的几十年里，近代杂交种选育在增产的同时表现出雄穗逐渐变小的趋势，表明雌-雄生殖发育之间可能存在平衡关系。花粉育性对于开花植物的生存和传播尤为关键，并直接影响作物产量。我们在对玉米花粉发育研究过程中，意外地注意到不同玉米自交系间花粉育性存在较大变异，然而关于花粉育性自然变异的遗传基础仍不清楚。
近日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了中国农业大学贺岩教授团队题为 “MSH7 confers quantitative variation in pollen fertility and boosts grain yield in maize” 的研究论文。该研究利用全基因组关联分析和进一步基因功能解析，鉴定到两个DNA损伤修复基因ZmMSH7和ZmGEN1分别在减数分裂阶段和花粉母细胞精核分裂阶段调控了花粉育性的自然变异。更重要的是，ZmMSH7表现出在玉米驯化过程中被选择，且其突变体在不同玉米自交系和杂交种背景下的籽粒产量均显著高于野生型。
图1 ZmMSH7和ZmGEN1与玉米花粉育性自然变异显著关联
图2 ZmMSH7基因编辑可显著提高玉米籽粒容重
总结来说，该课题首次系统探究了玉米花粉育性的自然变异遗传基础，揭示了ZmMSH7对玉米籽粒产量提高的重要作用，为玉米花粉育性和籽粒产量的改良提供了极有价值的材料基础和理论依据。
中国农业大学国家玉米改良中心贺岩教授为该论文的通讯作者。贺岩教授团队博士后姜露光、博士生郭婷和吉林省农科院宋新元研究员为该论文的共同第一作者。已毕业硕士生姜欢、中国农业大学作物功能基因组学和分子育种中心逯敏慧、贺岩教授团队罗金红博士参与了部分研究。意大利农业研究和经济理事会Vincenzo Rossi博士提出了宝贵意见。中国农业大学杨小红教授提供了宝贵的研究材料。该研究得到国家重点研发项目(2021YFD1201003)和辽宁省重点科技计划项目（2022JH1/10200001）资助。
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