隨著工業(yè)發(fā)展、環(huán)境惡化、污水排放，重金屬脅迫已經(jīng)成為農業(yè)生產(chǎn)的重要限制因子。鉛作為一種高度持續(xù)的重金屬，在農業(yè)生產(chǎn)中已威脅到玉米的產(chǎn)量和品質。當前，在玉米中鮮有控制鉛耐受性的基因被報道。近日，玉米研究所沈亞歐教授團隊通過正向遺傳學結合基因共表達分析鑒定到一個控制玉米鉛耐受性基因ZmHIPP，并解析了其調控機理，相關成果發(fā)表在國際著名學術期刊Journal of Hazardous Materials（中科院1區(qū)TOP，IF = 10.588）。

 

　　研究首先通過連鎖分析定位到了控制玉米鉛耐受性的6個QTL，共挖掘到了267個候選基因。隨后選取了兩份鉛耐受和敏感自交系，對其在鉛處理下不同發(fā)育時期進行RNA-seq，并對上述候選基因進行了WGCNA分析，在耐鉛關聯(lián)模塊中鑒定到了控制鉛耐受性的核心基因ZmHIPP。采用原核表達、圓二色譜解析了ZmHIPP蛋白的理化性質，該基因編碼一個分子量大小約60kD的重金屬相關異戊二烯化植物蛋白。為明確該基因內變異位點對表型的遺傳效應，對其進行了候選基因關聯(lián)分析，在其啟動子區(qū)挖掘到了一個顯著“A/G”變異，進一步利用雙熒光素酶實驗驗證了該變異能造成啟動子活性變異進而影響玉米的鉛耐受性。對ZmHIPP進行酵母異源表達、擬南芥過量表達、玉米突變體分析，均證實了該基因正向調控玉米鉛耐受性。為了進一步了解該基因的作用機理，研究者對野生型玉米和突變體的不同亞細胞成分中鉛積累情況進行了分析，揭示ZmHIPP增強了鉛在細胞壁的沉積進而減輕其對玉米植株的毒害。該研究為培育耐鉛玉米品種和鉛污染土壤生物修復提供了理論依據(jù)和技術儲備。