11月13日，北京市農林科學院玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室分子育種團隊在國際主流學術期刊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。
該團隊以骨干自交系“京724”（京科968母本）為材料，經過多年遺傳改良，選育出與京724遺傳背景高度近似且莖稈柔韌性增強的優(yōu)良自交系“京724A1”。具體表現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)現京724A1的節(jié)間比京724長且粗，呈塔形結構（圖1）。
圖1玉米京724及京724A1的莖稈形態(tài)及機械強度差異
莖稈X射線微型計算機斷層掃描（CT）發(fā)現，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、更為疏松的厚壁機械組織（圖2）。進一步進行莖稈細胞壁成分檢測，發(fā)現京724A1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莖稈解剖結構及細胞壁成分差異
為了定位影響莖稈彎折角度的基因，構建了由京724和京724A1組配的F2:3分離群體。對該群體進行莖稈彎折角度測定，并采用BSA策略進行定位，在全基因組范圍內檢測到一個QTL位點，位于Chr3: 14.00-19.28Mb。結合Δ（SNP-index）數據和莖稈表達量，預測了2個與莖稈彎折角度顯著相關的候選基因，分別編碼一個RING/U-box超家族蛋白（Zm00001d039769）和一個MADS-box轉錄因子54（Zm00001d039913）。同時，針對這兩個基因設計了有效的KASP標記，用于分子標記輔助育種（圖3）。
圖3與莖稈斷裂角度相關的兩個候選基因表達量及其KASP標記
該研究揭示的莖稈柔韌性相關表型、鑒定到的候選基因以及開發(fā)的分子標記，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、北京市數字植物重點實驗室張穎博士對莖稈CT形態(tài)觀察提供了技術支持。該研究得到了北京學者計劃、院青年基金、國家玉米產業(yè)技術體系的資助。
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https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02728-2
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