近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米所與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)合作在國際主流學(xué)術(shù)期刊The Crop Journal（IF=6.0）在線發(fā)表題為“Vitamin and zeatin treatments promote colchicine-induced haploid chromosome doubling in maize”的研究論文。該研究通過分析秋水仙堿與甲基胺草磷誘導(dǎo)的玉米單倍體化學(xué)加倍過程中的轉(zhuǎn)錄組與代謝組表達差異，揭示了維生素與玉米素在玉米單倍體化學(xué)加倍中的作用機制，并證明了維生素或玉米素處理在單倍體化學(xué)加倍中的促進作用。

 

　　純系的創(chuàng)制是玉米育種的重要環(huán)節(jié)。在玉米商業(yè)化育種中，基于孤雌生殖單倍體誘導(dǎo)系的單倍體育種技術(shù)比常規(guī)育種更加快捷和高效，從而廣泛應(yīng)用于育種實踐中。染色體加倍是單倍體育種技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，然而，調(diào)節(jié)單倍體染色體加倍的潛在機制仍不清楚，這是優(yōu)化單倍體育種技術(shù)的關(guān)鍵。

 

　　為確定APM和秋水仙堿在染色體加倍中的最佳應(yīng)用濃度，通過將鄭58單倍體幼胚放置于含有不同濃度秋水仙堿和甲基胺草磷（APM）的培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，結(jié)果表明9.0μmolL-1、0.1 gL-1分別是APM和秋水仙堿處理單倍體幼胚加倍的最佳濃度，加倍處理后散粉率可分別達到68.18%和90.60%。通過分析其轉(zhuǎn)錄組和代謝組的變化，發(fā)現(xiàn)在對照和人工處理組的幼胚之間，分別鑒定到75種和60種差異表達代謝產(chǎn)物。與染色體加倍相關(guān)的大多數(shù)差異表達基因為下調(diào)，主要是參與有絲分裂過程。差異表達基因和差異表達代謝物共表達分析均表明，與對照相比，APM和秋水仙堿處理后玉米素、輔因子和維生素代謝途徑均被顯著富集。在平行實驗中，將包括硫胺素、煙酸、維生素B6的組合或反式玉米素分別添加到秋水仙堿處理組中，散粉率分別提高了16.80%和3.11%，同時結(jié)實率和DH生產(chǎn)率均有不同程度的提升，結(jié)果證實了維生素或玉米素與秋水仙堿在單倍體染色體加倍中的協(xié)同作用。該結(jié)果為在轉(zhuǎn)錄組和代謝組水平上探索抗有絲分裂試劑作用下單倍體染色體加倍的分子機制和關(guān)鍵調(diào)控因素，以及提高染色體加倍效率的方法提供了新的途徑。圖片1.png

 

　　我院玉米所助理研究員陳琛和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生張鈺嶺為該文第一作者，玉米所趙久然研究員、王元東研究員和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)陳紹江教授為通訊作者，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)劉晨旭副教授和我院信息中心李金龍博士后也參與了相關(guān)工作。該研究得到重大專項、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家自然科學(xué)基金、中國高?？茖W(xué)基金、北京市農(nóng)林科學(xué)院杰出科學(xué)家培育專項和科技創(chuàng)新能力提升計劃的資助。