近期，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米所在農(nóng)林科學(xué)一區(qū)top期刊Theoretical forbid Applied Genetics（IF=5.574）上發(fā)表題為“A newly characterized allele of ZmR1 increases anthocyanin content in whole maize plant forbid the regulation mechanism of different ZmR1 alleles”的研究論文。該研究揭示了轉(zhuǎn)錄調(diào)控和序列變異對花青素關(guān)鍵調(diào)控基因ZmR1功能的影響，并在全基因組水平上鑒定了ZmR1CQ01結(jié)合調(diào)控的靶基因。

 

　　花青素對人體健康具有十分重要的醫(yī)學(xué)和營養(yǎng)保健價值。ZmR1基因家族是調(diào)控玉米花青素組織特異性分布的關(guān)鍵基因。ZmR1基因等位變異豐富，其生物學(xué)功能和調(diào)控分子機制尚不完全清楚。通過遺傳定位和轉(zhuǎn)基因驗證發(fā)現(xiàn)鮮食骨干玉米自交系CQ01（為優(yōu)良鮮食玉米雜交種京紫糯219的父本）葉中脈的花青素積累由10號染色體上的ZmR1基因控制。玉米zmr1 EMS突變體等位性測驗證實葉鞘中花青素積累也受ZmR1基因控制。

 

　　從紫玉米自交系CQ01中分離的ZmR1（ZmR1CQ01）基因是一個新的ZmR1等位變異，其過表達致使玉米自交系京724（生產(chǎn)上主推玉米雜交種京科968的母本）整個植株變紫，包括玉米胚芽鞘、葉鞘、莖稈、葉片、葉中脈、苞葉、花絲、穎殼、花藥和種皮等組織。

 

　　玉米自交系B73中的ZmR1等位基因（ZmR1B73）控制花青素在葉鞘（靠近地面處）中積累，而在葉中脈中花青素無積累。ZmR1B73在葉中脈中的mRNA表達水平較低，是造成葉中脈無花青素積累的原因。ZmR1B73啟動子在葉片中的甲基化程度高于葉鞘（靠近地面）中的甲基化程度，其在一定程度上調(diào)控了ZmR1B7的表達。ZmR1B73在玉米自交系B104中過表達后也促進了葉中脈花青素的積累。

 

　　玉米zmr1 EMS突變體等位性測驗證實ZmR1ZN3（來自于糯玉米自交系ZN3）為一個新的ZmR1等位突變體，其第5個外顯子的缺失導(dǎo)致ZmR1ZN3基因功能破壞，以及玉米葉中脈和葉鞘中都沒有花青素積累。基于該突變位點開發(fā)了一個ZmR1功能分子標記。

 

　　ZmR1編碼一個bHLH轉(zhuǎn)錄因子，DAP-seq分析檢測到1010個ZmR1CQ01直接結(jié)合并調(diào)控的靶基因，其中包括花青素合成途徑中的Bz2基因。ZmR1CQ01的兩個最顯著結(jié)合基序是“GATCAATGGCCA”和“GAGGWGTMBGWG”。RNA-seq分析發(fā)現(xiàn)ZmR1CQ01靶向的55個基因的表達水平發(fā)生了顯著變化，類黃酮（A1，A2，C2，Chi，Bz1，Bz2，F(xiàn)ht1 和 AAT1）和苯丙酸生物合成途徑（PAL，4CL和C4H）中關(guān)鍵酶編碼基因的表達量顯著上調(diào)。

 

　　該研究得到了北京市農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新專項（KJCX201907-2），北京市農(nóng)林科學(xué)院青年基金（QNJJ202028），北京市農(nóng)林科學(xué)院作物表型組學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（KJCX201917），北京市農(nóng)林科學(xué)院重大科技成果培育和北京市產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系作物創(chuàng)新團隊崗位專家等項目資助。助理研究員駱美潔博士，盧柏山研究員和史亞興研究員為共同第一作者，趙久然研究員和王榮煥研究員為通訊作者。

 

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　　https://doi.org/10.1007/s00122-022-04166-0