玉米在農業(yè)與經濟中占據重要地位。玉米籽粒的糊粉層中富含蛋白質、脂質、膳食纖維、礦物質和B族維生素等營養(yǎng)物質，增厚的糊粉層能有效提升玉米籽粒營養(yǎng)價值。此外，糊粉層發(fā)育直接影響玉米產量。培育糊粉層增厚的品種，有利于玉米營養(yǎng)品質改善與產量提升。目前，可供育種應用的多糊粉層基因及其種質資源較為缺乏，調控糊粉層增厚的分子機制仍不清晰。
近日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所陳化榜團隊以一個玉米籽粒糊粉層增厚的自交系HJ1F為研究對象，通過與玉米自交系B73、Mo17、W22正反交進行遺傳分析，發(fā)現HJ1F糊粉層增厚由隱性單基因控制。團隊將其命名為ZmMAL3（Multiple aleurone layers）。
團隊通過圖位克隆手段獲得ZmMAL3的候選基因，發(fā)現該基因編碼ADP-焦磷酸化酶，是淀粉生物合成的關鍵限速酶，Shrunken2（Sh2）與Brittle2 （Bt2）分別編碼其大亞基和小亞基。細胞學分析結果顯示，bt2突變體籽粒同樣具有糊粉層增厚表型。進一步測定表明，sh2突變體油分含量為9.22%，較野生型籽粒增加103.53%；蛋白質含量為16.96%，較野生型籽粒增加38.48%；bt2突變體油分含量為9.57%，較野生型籽粒增加95.41%；蛋白質含量為15.37%，較野生型籽粒增加37.88%。同時，sh2和bt2突變體籽粒礦質元素總量分別增加50.88%和50.06%。轉錄組分析結果顯示，在糊粉層形成過程中，脂質合成相關基因表達量在sh2和bt2突變體中顯著提高，差異基因富集在脂肪酸和氨基酸代謝通路中。
研究還發(fā)現，ZmDof3的RNAi家系和nkd2突變體的籽粒都具有糊粉層增厚表型，這兩個基因也是sh2和bt2糊粉層發(fā)育過程的共同差異基因。酵母單雜交實驗、β-半乳糖苷酶活性以及熒光素酶報告實驗證實了ZmDof3和NKD2可以結合Sh2和Bt2的啟動子。
該研究豐富了糊粉層發(fā)育的分子調控網絡，初步解釋了淀粉代謝與糊粉層發(fā)育之間的聯系，為高營養(yǎng)玉米育種提供了理論基礎與材料支撐。
相關研究成果在線發(fā)表在《植物生理學》（Plant Physiology）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃的支持。
論文鏈接
淀粉合成關鍵基因Sh2/Bt2調控玉米糊粉層發(fā)育的分子機制
本文鏈接：研究揭示淀粉合成關鍵基因調控玉米糊粉層發(fā)育的分子機制http://m.sq15.cn/show-12-1936-0.html
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