首页 > 分享 > 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

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

花匠小妙招
2024-12-03 20:08

近日，华南农业大学王海洋团队及合作单位等在New Phytologist和 Plant Journal分别发表重要研究论文，在解析玉米开花期的分子和遗传调控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新进展,两篇文章详细解读如下：第一篇为：华南农业大学王海洋团队在解析玉米开花期的分子和遗传调控机制方面取得新进展，研究成果近日以“ZmSPL13 and ZmSPL29 act together to promote vegetative and reproductive transition in maize”为题在线发表在国际知名学术期刊“New Phytologist”上。

玉米（Zea mays ssp. mays）是全球种植范围最广且产量最高的谷物作物，开花期是玉米适应不同生态环境种植的关键决定因素，而营养生长时相转变和成花转变决定了玉米的开花期。挖掘控制玉米时相转变（营养生长时相转变和成花转变）的关键基因，对培育优良广适的玉米新品种至关重要。本研究首次挖掘了两个SPL基因家族成员ZmSPL13和ZmSPL29（miR156潜在的靶基因），二者在叶片维管组织的韧皮部、花序的营养分生组织和生殖分生组织中特异性表达，且ZmSPL29具有更高的表达水平。对过表达及基因敲除材料的表型分析表明：ZmSPL13和ZmSPL29能显著促进玉米开花，且二者存在一定的功能冗余性。进一步研究发现，在叶片中，ZmSPL13和ZmSPL29不仅能在叶片中转录激活ZmMIR172C的表达，从而抑制Gloosy15（Gl15）的转录本丰度进而促进玉米提早进行营养生长时相转变，还能直接激活成花素基因ZCN8的表达来诱导玉米开花；在茎尖分生组织中，ZmSPL13和ZmSPL29能特异性结合在花器官发育基因ZMM3和ZMM4的启动子上，促进二者的表达，诱导玉米成花转变。该研究证明ZmSPL13和ZmSPL29以“三管齐下”的方式促进玉米开花，为理解玉米开花调控机制提供了新思路；此外，该研究还证明ZmSPL29-OE具有改良玉米骨干自交系开花期的潜力，为培育适合不同生态区种植的玉米新品种提供优异的基因资源和理论指导。图1：WT、Zmspl13单突变体、Zmspl29单突变体、Zmspl13/29双突变体和ZmSPL29-OE植株在LD和SD条件下的开花期表型。

图2：ZmSPL13/29调控玉米营养生长时相转变和成花转变的作用模型。该研究以华南农业大学生命科学学院为第一完成单位，华南农业大学生命科学学院博士研究生杨娟及魏洪彬副教授为论文共同第一作者，通讯作者为华南农业大学孔德鑫副教授和王海洋教授。该研究得到广东省重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、岭南现代农业项目实验室和海南崖州湾种子实验室基金的资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.19005 第二篇为：

由中国农业科学院生物技术研究所、华南农业大学、内蒙古大学和吉林省农科院玉米研究所合作在解析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，研究成果以 “Gene expression and expression quantitative trait loci analyses uncover natural variations underlying the improvement of important agronomic traits during modern maize breeding” 为题发表在国际知名学术期刊The Plant Journal上。

玉米是世界范围内的主要粮食作物，在现代玉米育种中，品种种植密度和耐密性的提升对玉米单产提升至关重要。然而，玉米耐密性遗传调控基础复杂，其关键调控基因挖掘依然非常有限。本研究对中国玉米育种过程中不同年代的137份优良自交系进行了系统的表型分析，发现现代玉米育种过程中，除了穗位、叶夹角、雄穗大小向更有利于密植的方向改良，玉米自交系的穗重、粒长、百粒重和籽粒容重也发生了显著的提升。进一步对137份育种材料进行了3个组织（幼苗、穗位叶及幼嫩雌穗）的转录组测序，通过eQTL分析、共表达网络分析 (WGCNA)、及基于完整玉米基因组的结构变异分析，确定了一组可能在现代玉米育种中受选择，并对株型、开花时间和产量等农艺性状改良有潜在重要贡献的候选基因及其功能变异/优良单倍型；进一步结合分子生物学方法，鉴定到了ZmPHYB2（调控玉米光信号及开花期）的有利单倍型，挖掘到了对玉米株高和穗位高的起到重要的调控作用的ZmPYL10及其功能变异。研究结果为玉米耐密育种提供了重要的基因资源及理论指导。

图1 在中国玉米的现代育种过程中，4个产量相关性状得到显著改良

图2 ZmPYL10基因调控玉米株高和穗位高

中国农业科学院生物技术研究所和内蒙古大学联合培养博士研究生李长育为该论文第一作者，华南农业大学生命科学学院李耀耀博士为该论文共同第一作者，华南农业大学生命科学学院王海洋教授为该论文通讯作者，中国农业科学院生物技术研究所王宝宝研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国农业科学院农业科技创新项目和海南崖州湾种子实验室项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/tpj.16260