11月13日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米DNA指紋及分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分子育種團(tuán)隊在國際主流學(xué)術(shù)期刊BMC Plant Biology雜志上發(fā)表題為“Stalk architecture, cell wall composition, forbid QTL underlying high stalk flexibility for improved lodging resistance in maize”的研究論文，深入剖析了影響玉米莖稈柔韌性的生理特征和遺傳因素。
該團(tuán)隊以骨干自交系“京724”（京科968母本）為材料，經(jīng)過多年遺傳改良，選育出與京724遺傳背景高度近似且莖稈柔韌性增強(qiáng)的優(yōu)良自交系“京724A1”。具體表現(xiàn)為在抽雄吐絲期穗位下第一節(jié)間，京724A1可耐受更大的莖稈彎折角度。通過二者莖稈表型對比，發(fā)現(xiàn)京724A1的節(jié)間比京724長且粗，呈塔形結(jié)構(gòu)（圖1）。
圖1玉米京724及京724A1的莖稈形態(tài)及機(jī)械強(qiáng)度差異
莖稈X射線微型計算機(jī)斷層掃描（CT）發(fā)現(xiàn)，京724A1具有更大的莖稈橫截面積和更多的維管束。顯微觀察顯示京724A1具有更厚、更為疏松的厚壁機(jī)械組織（圖2）。進(jìn)一步進(jìn)行莖稈細(xì)胞壁成分檢測，發(fā)現(xiàn)京724A1莖稈中的可溶性總糖含量及葡萄糖含量顯著高于京724。
圖2京724及京724A1莖稈解剖結(jié)構(gòu)及細(xì)胞壁成分差異
為了定位影響莖稈彎折角度的基因，構(gòu)建了由京724和京724A1組配的F2:3分離群體。對該群體進(jìn)行莖稈彎折角度測定，并采用BSA策略進(jìn)行定位，在全基因組范圍內(nèi)檢測到一個QTL位點(diǎn)，位于Chr3: 14.00-19.28Mb。結(jié)合Δ（SNP-index）數(shù)據(jù)和莖稈表達(dá)量，預(yù)測了2個與莖稈彎折角度顯著相關(guān)的候選基因，分別編碼一個RING/U-box超家族蛋白（Zm00001d039769）和一個MADS-box轉(zhuǎn)錄因子54（Zm00001d039913）。同時，針對這兩個基因設(shè)計了有效的KASP標(biāo)記，用于分子標(biāo)記輔助育種（圖3）。
圖3與莖稈斷裂角度相關(guān)的兩個候選基因表達(dá)量及其KASP標(biāo)記
該研究揭示的莖稈柔韌性相關(guān)表型、鑒定到的候選基因以及開發(fā)的分子標(biāo)記，為玉米莖稈柔韌性及抗倒折的遺傳改良提供了重要的理論支持。王夏青博士和石子博士為論文共同第一作者，趙久然研究員和宋偉研究員為通訊作者。我院信息中心、北京市數(shù)字植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張穎博士對莖稈CT形態(tài)觀察提供了技術(shù)支持。該研究得到了北京學(xué)者計劃、院青年基金、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系的資助。
原文鏈接：
https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02728-2
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