作者:韩扬眉 来源: 中国科学报 发布时间:2021-10-20
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华中农业大学
解析玉米产量调控新机制

 

本报讯(记者韩扬眉)华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、湖北洪山实验室教授张祖新课题组鉴定了一个控制玉米果穗长度、每行籽粒数、每穗籽粒数目和籽粒产量的多效性QTL,证实了一个乙烯生物合成的关键基因ZmACO2为该QTL的功能基因,首次揭示了该基因控制花序中内源乙烯生物合成水平、影响小花败育率进而控制穗粒数的新机制。相关成果在线发表于《自然—通讯》。

玉米籽粒产量的遗传改良研究历来备受重视,但科学家对玉米产量改良过程中所选择的结实率和穗粒数基因及其作用机理知之甚少。

前期,张祖新团队已鉴定到一个参与花序分化的基因KNR6,揭示了其通过增加小花数、穗粒数而提高籽粒产量的分子机制。近日,该团队克隆了一个控制玉米穗粒数的重要基因ZmACO2,其编码1—氨基环丙烷—1—羧酸氧化酶2(ACO2),该基因参与花序发育进程中内源乙烯的生物合成。试验数据表明,利用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除ZmACO2基因,雌花序中内源乙烯的生物合成显著减少,雌性小花的败育率下降,结实率增加,最终导致玉米自交系单穗籽粒数增加。重要的是,敲除ZmACO2基因也可使杂交种增产约13.4% 。

这一研究不仅首次揭示了内源乙烯生物合成与玉米花序发育和小花育性的关系,阐明了组织特异性表达的ZmACO2基因控制花序中内源乙烯水平、通过调控小花败育率进而调节穗粒数和籽粒产量的新机制,也为利用基因编辑技术优化内源乙烯水平、提高小花育性和穗粒数提供了靶标基因。研究成果不仅有助于实现玉米密植高产的育种目标,也可为其他禾本科作物的相关研究提供借鉴。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26123-z

《中国科学报》 (2021-10-20 第4版 综合)
 
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