中国农业大学王建华课题组揭示调控玉米种子耐贮性的分子机制

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-05-20 21:11

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近日，中国农业大学农学院种子科学与技术研究中心王建华团队在 Plant Biotechnology Journal 在线发表了题为” A genome-wide association study uncovers a ZmRap2.7-ZCN9/ZCN10 module to regulate ABA signalling and seed vigour in maize ”的研究论文。该研究通过全基因组关联分析，挖掘到调控玉米种子耐贮性功能基因ZmRap2.7，解析了ZmRap2.7-ZCN9/10模块调控ABA信号和种子活力的分子机制，为高活力玉米育种研究提供了新基因和调控网络。

种子活力是种子在广泛田间条件下的出苗能力总称，包括种子在最适条件下、逆境下和贮藏后的出苗率、出苗速度、出苗整齐度及幼苗健壮度，对作物群体建成和高产稳产至关重要。种子在贮藏期间易发生老化劣变，从而降低发芽率甚至无法发芽，造成播后出苗率低和出苗不整齐，影响粮食高产。然而，当前对玉米种子耐贮性的遗传基础解析和关键基因挖掘缺乏研究。

该研究调查了368份自交系组成的自然群体的人工加速老化发芽率，全基因组关联分析发现8号染色体的转录因子ZmRap2.7基因与种子贮藏后的萌发能力显著关联。该基因的敲除突变体显著降低了种子人工加速老化发芽率，说明ZmRap2.7正调控玉米种子耐贮性。进一步研究发现，ZmRap2.7能直接结合到三个ABA信号基因ZmPYL3、ZmPP2C、ZmABI5的启动子上，转录抑制这些基因的表达，从而抑制ABA信号并促进贮藏后的种子萌发。此外，研究还发现ZmRap2.7能转录抑制2个磷脂酰乙醇胺结合蛋白基因ZCN9和ZCN10的表达，且这2个蛋白还能作为小分子蛋白与ZmPYL3、ZmPP2C、ZmABI5蛋白互作，参与ABA信号调控。由于前期文献报道ZmRap2.7具有调控花期和气生根发育的功能，本研究还发现与种子耐贮性显著相关的4个SNP变异影响了ZmRap2.7蛋白与下游基因启动子的结合活性，贡献了不同单倍型中ABA信号基因的表达差异和种子耐贮性差异，但不影响花期和气生根数量。

中国农业大学农学院种子科学与技术研究中心王建华教授、顾日良教授和杜雪梅副教授为论文的共同通讯作者，博士生郭莎莎和艾俊民为论文的共同第一作者，农学院李莉副教授、陈全全副教授，资环学院袁力行教授、陈范骏教授、潘清春副教授，中国农科院作物科学研究所付俊杰研究员、刘允军副研究员、张红伟副研究员，中国农业大学在读博士生郑楠楠、胡海瑞、徐卓伊和毕业博士生李结平参与了项目研究。中国农业大学农学院田丰教授和华中农业大学邢永忠教授为该研究提供了重要材料。该研究得到了种业科技创新2030项目、国家自然科学基金、国家玉米产业技术体系、中国农业大学—阿克苏地区农业科技创新专项项目的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14362