人才强校|林中伟教授课题组在玉米抗倒伏性研究中取得重要进展
本网讯 日前，《The Plant Cell》杂志在线发表农学院国家玉米改良中心林中伟教授课题组题为“A large transposon insertion in the stiff1 promoter increases stalk strength in maize”的研究论文。
玉米倒伏是造成玉米减产的一个关键的因素，每年可造成全球玉米损失5-20%的总产。玉米倒伏还会造成玉米籽粒质量降低，机械化收获困难等问题。玉米倒伏直接受玉米茎秆强度的影响，玉米硬秆材料的利用不仅能够提高玉米的抗倒性，而且能够提高玉米的耐密性。玉米硬秆系的利用是玉米杂种优势利用的一个重要的基础，使得玉米杂种获得稳产和高产。因此研究玉米茎秆强度的分子机制具有重要的理论和实际意义。然而由于玉米茎秆强度表型鉴定困难，同时其遗传背景十分复杂，因而玉米茎秆强度的分子遗传研究进展十分缓慢。
为了加速玉米茎秆强度的研究，我们首先开发一套玉米茎秆强度的表型测量方法，该方法操作简单，可大规模进行测定。在此基础上，我们结合精细定位和关联分析将位于玉米第6染色体上的一个主效的玉米茎秆强度QTL-stiff1鉴定出来。该基因编码一个F-box蛋白。过表达该基因导致玉米茎秆变软，后期出现倒伏；该基因编辑后，玉米的茎秆强度增强。序列分析发现位于启动子区的一个近30 kb的转座子插入使得该基因的表达量下调，从而导致茎秆的纤维素和木质素含量提高，玉米茎秆强度增加。
玉米85%的基因组是由转座子组成，转座子是玉米基因组进化过程中的一个最活跃的因素。在该研究中，这个基因近30 kb的转座子插入说明了转座子可能在玉米驯化与改良的过程中发挥了关键的作用。进一步的进化分析表明这个基因受到了强烈的人工选择。研究发现仅有15%中国玉米自交系含有这个转座插入。这个基因可用于大规模精准改良我国玉米的茎秆强度。
农学院国家玉米改良中心博士生张志海为第一作者，林中伟教授为通讯作者。这个研究得到美国爱荷华州立大学余建明教授、李显然副教授以及国家玉米改良中心赖锦盛教授的大力支持。该研究得到“十三五”国家重点研发计划、国家自然科学基金以及青年千人计划的资助。（编辑：李珊）
论文链接: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00486