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Nat Genet:中科院植物所秦峰和中国农大杨小红研究组发表玉米基因研究进展

摘要 : 2016年8月15日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Genetics》杂志在线发表了中国科学院植物研究所秦峰研究员、中国农业大学杨小红教授合作的题为“Genetic variation in ZmVPP1 contributes to drought tolerance in maize seedlings”的研究论文,研究证实ZmVPP1基因遗传变异有助于玉米幼苗抗旱性。

 2016年8月15日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Genetics》杂志在线发表了中国科学院植物研究所秦峰研究员、中国农业大学杨小红教授合作的题为“Genetic variation in ZmVPP1 contributes to drought tolerance in maize seedlings”的研究论文,研究证实ZmVPP1基因遗传变异有助于玉米幼苗抗旱性。秦峰研究组的王香兰和王宏伟等人为论文第一作者,秦峰研究员和杨小红教授为论文共同通讯作者。

在全球范围内,干旱等自然灾害严重威胁玉米生产,严重时会造成大幅减产和绝收,因此克隆玉米抗旱基因,改良玉米抗旱性是农业生产的迫切需求。中国科学院植物研究所秦峰研究组利用全球不同地区的玉米自交系组成的自然变异群体,通过全基因组关联分析发现83个遗传变异位点(解析至42个候选基因)与玉米苗期抗旱性显著相关。其中,最显著的位点位于第9号染色体上的ZmVPP1基因中,该基因编码一个定位于液泡膜上的质子泵-焦磷酸水解酶。通过对大量玉米自交系ZmVPP1序列的精细分析发现,在抗旱性强的材料中,ZmVPP1的启动子中含有一个长度为366-bp的DNA片段插入(InDel-379),该片段中含有3个干旱应答的MYB顺式作用元件,因而提高了ZmVPP1在干旱胁迫下的表达量。通过杂交和连续回交的方法,将抗旱材料的ZmVPP1 基因导入干旱敏感的材料中能有效提高玉米苗期的抗旱性。研究还发现提高ZmVPP1的表达量,可以促进根系的发育增加侧根数目,提高叶片的光合速率和水分利用效率,从而增强玉米的抗旱性能力。在田间干旱缺水条件下,ZmVPP1过表达植株的产量显著高于对照植株,其产量受干旱影响较小。该研究成果对玉米抗旱性的遗传改良具有重要意义,为玉米抗旱新品种的培育提供了重要的基因资源和选择靶点。

图. ZmVPP1抗旱等位基因型能有效增强玉米苗期的抗旱性

 

a. 携带ZmVPP1不同等位型(抗旱等位基因型:ZmVPP1CIMBL70/91和干旱敏感等位基因型:ZmVPP1Shen5003)的近等基因系在正常浇水条件下生长情况。b. 近等基因系干旱复水后的抗旱性表型。c. 分子标记(InDel-379)检测ZmVPP1的不同等位基因型DNA凝胶电泳图。d. 近等基因系干旱复水后植株存活率统计分析。e. ZmVPP1不同等位基因型在抗旱材料和干旱敏感材料中的表达量分析。f, g. ZmVPP1不同等位基因型在近等基因系中的表达量分析。

原文链接:

Genetic variation in ZmVPP1 contributes to drought tolerance in maize seedlings

原文摘要:

Maize production is threatened by drought stress worldwide. Identification of the genetic components underlying drought tolerance in maize is of great importance. Here we report a genome-wide association study (GWAS) of maize drought tolerance at the seedling stage that identified 83 genetic variants, which were resolved to 42 candidate genes. The peak GWAS signal showed that the natural variation in ZmVPP1, encoding a vacuolar-type H+ pyrophosphatase, contributes most significantly to the trait. Further analysis showed that a 366-bp insertion in the promoter, containing three MYB cis elements, confers drought-inducible expression of ZmVPP1 in drought-tolerant genotypes. Transgenic maize with enhanced ZmVPP1 expression exhibits improved drought tolerance that is most likely due to enhanced photosynthetic efficiency and root development. Taken together, this information provides important genetic insights into the natural variation of maize drought tolerance. The identified loci or genes can serve as direct targets for both genetic engineering and selection for maize trait improvement.

来源: Nature Genetics 浏览次数:53

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