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科研人员发现调控玉米株高发育新机制 可通过调节节间细胞控制玉米株高

科研人员发现调控玉米株高发育新机制 可通过调节节间细胞控制玉米株高
2021-12-05 13:38:06 来源:中国科学报
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玉米的株高是影响其产量的重要因素之一,取决于玉米茎杆节数和各节间长度。而节间长度,很大程度上取决于节间细胞的分裂和伸长,特别是居间分生组织细胞的分裂、伸长。尽管目前已鉴定出一些玉米节间组织发育相关的调控基因,但对于节间分生组织维持和节间细胞伸长的调控机制仍缺乏深入理解。

近日,山东大学丁兆军团队在《植物生物技术杂志》在线发表了研究成果,系统阐述了ZmTE1通过调控玉米居间分生组织细胞的分裂和节间细胞伸长来调节株高发育的分子机制。

为探索玉米株高发育调控的分子机制,研究人员从玉米的EMS突变体库中筛选鉴定了一个矮秆突变体zm66。除植株矮化外,该突变体还表现出叶片增多,雌穗异位发育,籽粒变小等表型。该突变表型是由于玉米3号染色体上的TERMINAL EAR 1(ZmTE1)基因第一外显子中的SNP变化,导致其编码蛋白的提前终止造成的。ZmTE1编码一个RNA结合蛋白,据报道,ZmTE1在叶片起始和发育方面发挥重要作用,该功能与zm66突变体叶片数量增加表型相符。进一步分析发现,zmte1突变体植株矮化表型主要是由于其节间长度显著缩短引起的。研究人员发现ZmTE1主要在节、节间、SAM 和叶片中表达。特别是6叶期的第一个茎节和节间组织中,表达量非常高。组织细胞分析显示突变体的分生组织明显缩小,茎居间结构发育异常;同时ZmTE1通过促进节间细胞伸长来增加节间长度,表明ZmTE1在居间分生组织中维持和节间细胞伸长中发挥重要作用。

对植株节及节间部位的转录组分析表明zmte1突变体中生长素信号通路基因、细胞伸长和细胞周期相关基因的表达差异明显,说明ZmTE1参与生长素信号、细胞分裂和细胞伸长的调控。生长素信号marker DR5:RFP 分析表型,zmte1突变体分生组织中DR5:RFP信号明显减弱,进一步表明ZmTE1参与生长素信号的调控。进一步蛋白筛选发现,ZmPP2Ac-2磷酸酶和ZmWEE1激酶可能通过与ZmTE1互作调控其磷酸化状态和活性,从而影响其生物学功能,并最终通过调节细胞分裂和伸长来调控玉米株高发育。

综上所述,该研究揭示了ZmTE1通过调控居间分生组织的维持和节间细胞的伸长进而影响玉米株高发育的分子机制。这一研究进一步丰富和完善了人们对玉米株型调控网络的了解,也为玉米的株型育种改良提供了重要的候选基因。

责任编辑:kj005

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