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Nat Com:中科院植物所秦峰研究组发现玉米耐旱基因

摘要 : 9月21日, Nature出版集团旗下子刊《Nature Communications》期刊上发表中国科学院植物研究所秦峰研究组利用全基因组关联分析研究从全球不同地区的玉米变异群体里发现玉米的耐旱基因。秦峰研究组博士生毛虎德为论文的第一作者,秦峰研究员为通讯作者。

 9月21日, Nature出版集团旗下子刊《Nature Communications》期刊上发表中国科学院植物研究所秦峰研究组利用全基因组关联分析研究从全球不同地区的玉米变异群体里发现玉米的耐旱基因。秦峰研究组博士生毛虎德为论文的第一作者,秦峰研究员为通讯作者。

玉米是我国最重要的粮食作物之一,其生产常常受到干旱等自然灾害的威胁,在干旱严重的年份或区域甚至面临绝收的危险。发掘控制玉米耐旱性的遗传位点、克隆玉米耐旱基因、揭示其生物学功能的分子机理,具有重要的研究价值和应用价值。秦峰研究组利用全球不同地区的玉米材料组成的自然变异群体,运用全基因组关联分析研究策略,发现位于玉米第10号染色体上的一个编码NAC转录因子的基因ZmNAC111对玉米耐旱性起到了重要作用。

研究人员发现,在干旱敏感的材料中,ZmNAC111启动子区域携带一个82-bp的微型转座子插入,该转座子能够通过产生小RNA分子来介导ZmNAC111启动子区域的DNA和组蛋白甲基化,从而抑制基因表达;而在耐旱的玉米材料中,ZmNAC111启动子区域没有这个转座子的插入。提高玉米体内ZmNAC111的表达量,能够促进叶片气孔在干旱胁迫下关闭、提高水分利用效率,从而增强玉米耐旱能力。研究人员还发现该转座子的插入可能发生在玉米野生种大刍草的驯化过程之后,并推测插入位点在玉米由热带向温带驯化过程中可能受到了人工选择。该研究成果对玉米耐旱性的遗传改良、基于分子设计培育玉米耐旱新品种具有重要意义。

模式图:82-bp的微型转座子MITE通过小RNA介导的DNA和组蛋白甲基化来抑制ZmNAC111的表达

原文链接:

A transposable element in a NAC gene is associated with drought tolerance in maize seedlings

原文摘要:

Drought represents a major constraint on maize production worldwide. Understanding the genetic basis for natural variation in drought tolerance of maize may facilitate efforts to improve this trait in cultivated germplasm. Here, using a genome-wide association study, we show that a miniature inverted-repeat transposable element (MITE) inserted in the promoter of a NAC gene (ZmNAC111) is significantly associated with natural variation in maize drought tolerance. The 82-bp MITE represses ZmNAC111 expression via RNA-directed DNA methylation and H3K9 dimethylation when heterologously expressed in Arabidopsis. Increasing ZmNAC111 expression in transgenic maize enhances drought tolerance at the seedling stage, improves water-use efficiency and induces upregulation of drought-responsive genes under water stress. The MITE insertion in the ZmNAC111 promoter appears to have occurred after maize domestication and spread among temperate germplasm. The identification of this MITE insertion provides insight into the genetic basis for natural variation in maize drought tolerance.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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