穗行数是玉米果穗产量形成的基础结构,增加玉米穗行数能够有效提高玉米果穗的籽粒数目,适度增加的穗行数对玉米产量提升也具有显著的促进作用.截至目前,通过正向遗传学克隆的玉米穗行数基因仍屈指可数,穗行数形成的遗传调控机制也并未完全解析.前期崖州湾国家实验室张祖新教授通过关联分析和连锁分析的手段,克隆了全球首个玉米穗行数QTL:KRN4.近日,中国农业大学赵海铭副教授联合张祖新教授,共同挖掘了一个新的穗行数基因KRN5b.

KRN5b编码磷脂酰肌醇磷酸酶,能够水解底物PI(4,5)P2生成第二信使物质三磷酸肌醇和二酰甘油.这种信号的释放能够调节玉米幼穗内部维管形成层的生长素运输蛋白分布,从而调控小穗原基处的生长素含量,进而影响玉米幼穗上小穗和小花的发育,决定了玉米籽粒的形成.

因此,KRN5b的mRNA表达水平和蛋白活性水平就决定了玉米穗行数的数量.“农系531”是一个具有高穗行数的玉米骨干自交系材料,含有KRN5b的有利等位基因.研究者通过回交转育,结合分子标记辅助鉴定的方法将“农系531”中KRN5b的有利等位基因渗入到其他自交系,如“圣68”、“郑58”、“PH4CV”等,对自交系及其相应的杂交组合产生了10.1%-12.2%的产量提升.与此同时,利用张祖新教授团队先前克隆的另一个穗长基因KNR6与KRN5b相结合,研究人员同时在“郑58”和“H21”等玉米自交系中渗入KRN5b和KNR6的有利等位基因,实现了对玉米穗长、穗行数的同步改良.本研究首次利用遗传学手段将数个玉米产量因子调控位点同步用于分子育种实践,该工作将有利于实现从分子克隆研究向高产育种目标的成果转化.

玉米生物育种全国重点实验室、国家玉米改良中心、作物功能基因组与分子育种中心赵海铭副教授和崖州湾国家实验室张祖新教授为通讯作者,中国农业大学博士后申晓蒙为论文第一作者.华中农业大学刘磊教授、中国农业大学赖锦盛教授、宋伟彬教授和冷泉港实验室David Jackson教授等参与了本研究工作.该研究得到了国家自然科学基金、农业生物育种重大专项、博士后基金以及美国国家自然科学基金等的资助.

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14463

文章来源：植物生物技术Pbj