中國農業(yè)科學院生物技術研究所玉米功能基因組團隊和作物代謝調控與營養(yǎng)強化團隊合作研究，構建出首個玉米全節(jié)間時空特異轉錄調控網絡，發(fā)掘和解析了關鍵基因CYP90D1調控玉米節(jié)間發(fā)育的分子機制，揭示了調控玉米節(jié)間發(fā)育的基因表達新模式。該研究拓展了對玉米莖稈發(fā)育機理的認識，為玉米株型分子改良提供了基因資源。相關研究成果發(fā)表在《植物生物技術雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。

 

　　株高是最重要的株型性狀之一，對玉米生長、光合作用、抗倒伏性和農機收割都有重要影響，是決定玉米產量的關鍵因素之一。株高主要取決于玉米莖稈節(jié)間數和節(jié)間長度，合理的株高才能促進玉米豐收高產。隨著基因組學、生物信息學及預測模型的快速發(fā)展，目前已鑒定出一些玉米節(jié)間發(fā)育和株高相關的調控基因，然而對于玉米節(jié)間發(fā)育的系統(tǒng)研究和調控機制仍缺乏深入理解。

 

　　拔節(jié)期是玉米株高形成的最關鍵時期，也是玉米生長發(fā)育最旺盛的階段。研究人員收集了玉米自交系B73的拔節(jié)期和成熟期全部節(jié)間，進行轉錄組測序，通過PCA聚類分成初成熟區(qū)、分生區(qū)、基底區(qū)及成熟區(qū)等四個特異發(fā)育時區(qū)。每個區(qū)域都有與特定發(fā)育時期相關的特異表達基因。并對5個代表性的節(jié)間進行深入的差異基因表達分析，分別鑒定了分生階段和延長階段的關鍵轉錄因子。進一步結合節(jié)間長度、直徑、周長和重量等數據進行WGCNA分析與表型預測，構建了首個玉米全節(jié)間時空特異基因表達調控網絡，并鑒定了一批與表型高度相關的基因，通過Crispr-Cas9技術驗證了關鍵候選基因CYP90D1的功能，說明了該基因在株型改良和分子育種中可能的應用價值。

 

 

圖注：玉米全節(jié)間時空轉錄組與基因調控網絡

 

　　據了解，該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程等項目的資助。