土壤鹽漬化是一個嚴重的全球化環(huán)境問題，全球鹽漬化土地面積有8億多公頃，占總陸地面積6%以上。土壤中的鹽分過高對玉米等植物的生長發(fā)育有許多負面影響，如抑制種子萌發(fā)、降低根系生長、株高和結實水平，最終降低玉米產量和品質。即使較低的土壤鹽濃度下，對于鹽敏感玉米品種也易發(fā)生因鹽脅迫的生長發(fā)育障礙。因此，定位和克隆玉米耐鹽基因，解析玉米耐鹽性差異的遺傳分子機制，將為耐鹽玉米育種提供重要依據。

 

　　近期，北京市農林科學院玉米研究中心趙久然團隊在國際學術期刊Plant Biotechnology Journal（IF= 8.154，Q1）上發(fā)表題為“Molecular dissection of maize seedling salt tolerance using a genome-wide association analysis method”的研究論文。該研究利用全基因組關聯分析、EMS突變體和CRISPR/Cas9等技術在玉米全基因組水平鑒定到與玉米早期耐鹽性相關的重要遺傳位點和基因。

 

　　該研究利用348份遺傳變異廣泛的自然群體對正常和鹽脅迫條件下萌發(fā)10天的幼苗長度、鮮重、干重和耐鹽指數等27個性狀進行全基因組關聯分析 （圖1）。并基于耐鹽QTL區(qū)間內基因功能注釋及顯著關聯SNP位點的LD衰減距離，獲得13個候選基因。進一步通過轉錄組差異表達分析（RNA-seq）發(fā)現12個候選基因對鹽脅迫有響應，其在鹽脅迫后多個檢測的時間點上調表達。

 

　　圖1  3個耐鹽玉米自交系和3個顯著鹽敏感玉米自交系的生長狀況以及對照和鹽脅迫條件下348份玉米自交系所測定性狀的分布情況

 

　　利用經優(yōu)化并適用玉米的CRISPR/Cas9技術，配套tRNA自剪切方法，進行了玉米基因組的多靶點同時編輯，對候選基因進行了功能驗證，發(fā)現對耐鹽候選基因ZmCLCg基因的基因組編輯效率可高達70%（圖2）。ZmCLCg基因CRISPR/Cas9編輯突變體和ZmPMP3基因EMS突變體在鹽脅迫條件下的根長、根鮮重、地上部長度和地上部鮮重均顯著性低于其野生型玉米植株，證實了候選基因ZmCLCg和ZmPMP3與玉米耐鹽性相關。氯離子含量分析和進一步研究表明，ZmCLCg編碼一個氯離子通道蛋白，其耐鹽調控與氯離子的轉運有關；候選基因ZmPMP3編碼一個質膜相關蛋白。

 

　　該研究結果有助于揭示玉米耐鹽性差異的分子機制，并為耐鹽玉米品種的選育提供新的基因靶標。

 

 

 

　　北京市農林科學院玉米研究中心助理研究員駱美潔博士為該論文第一作者，趙久然研究員、趙衍鑫副研究員為共同通訊作者。宋偉研究員、楊進孝研究員和齊魯師范學院路小鐸教授參與了該研究。該研究得到了北京市自然科學基金（620041）、北京市農林科學院青年研究基金（QNJJ202028）、北京市學者計劃（BSP041）等項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.13607