我院王勤、黄学辉鉴定到杂交玉米中调控多器官形态的数量性状基因
发布人:苏帆  发布时间:2022-10-25   浏览次数:10

 10月20日,我院王勤、黄学辉在《New Phytologist》发表了题为Natural variation of ZmLNG1 alters organ shapes in maize的论文,该研究发现了一个控制玉米叶片、雄穗和雌穗等器官形态的数量性状基因ZmLNG1,并对该基因作用机理进行了深入研究。

 在过去的几十年中,一系列优良的作物杂交种的培育和应用大大提高了作物产量。这些杂交种的亲本通常来自不同的杂种优势类群,双亲间存在着丰富的遗传变异。鉴定优良杂交种中重要的数量性状基因可以扩展我们对杂种优势的理解,也有助于指导遗传改良。在杂交作物中,叶、穗、种子等器官形态往往与产量密切相关、且受多个数量性状基因调控,是杂种优势遗传学研究的一个切入口。

 植物器官的形态受细胞分裂和扩张所调控。在细胞分裂过程中,大多数植物细胞的分裂平面由三个细胞骨架结构的顺序形成和放置决定,分别为早前期带、有丝分裂纺锤体和成膜体。早前期带(PPB)是平行微管和肌动蛋白微丝组成的皮质环,在大多数植物体细胞中限定了随后的分裂平面。已有的研究证实早前期带的形成需要TON1/TRM/PP2A(简称TTP)蛋白复合体的参与。TTP复合体由三类蛋白构成,这三类蛋白分别为2A型蛋白磷酸酶亚基(PP2A)、TONNEAU1蛋白(TON1)和TON1募集基序(TRM)蛋白。目前对于TTP复合体在PPB形成过程中的作用机制尚未研究透彻。

 图1 叶型、穗型等性状的遗传定位与候选基因ZmLNG1转录本及双亲变异鉴定


 该研究利用我国经典杂交玉米品种郑单958的双亲郑58和昌7-2构建了遗传群体,定位并克隆到一个影响玉米叶片形态等多个田间性状的主效基因ZmLNG1。研究发现,昌7-2中ZmLNG1存在了一个6 kb的缺失,造成ZmLNG1与旁邻基因发生了融合。该融合事件破坏了ZmLNG1和 ZmTON1之间的相互作用。

 图2 ZmLNG1转基因植株的各类表型验证


 进一步,该研究发现ZmLNG1可作为媒介连接另一类调控植物器官形态的蛋白Ovate family proteins(OFPs)和ZmTON1蛋白,并且影响OFPs的磷酸化水平。研究提示TTP蛋白复合体调控植物细胞与器官形态的作用可能与去磷酸化过程相关,并且其去磷酸作用的底物之一可能是OFPs。该研究表明TTP复合物在玉米器官发育中发挥着重要作用,并为植物基因组中基因融合事件影响生物学功能提供了一个案例。

图3 ZmLNG1-ZmTON1和ZmLNG1-ZmOFPs的蛋白互作


 王勤(生命科学学院助理研究员)为第一作者,黄学辉教授为通讯作者,山东农业大学刘红军教授为该研究提供了实验材料与宝贵意见。该研究得到了国家自然科学基金的资助。


论文链接:

https://doi.org/10.1111/nph.18563