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JIPB | 中国农科院&华南农大王海洋等综述玉米响应密植的遗传调控分子机制

时间:2024-06-15 22:58:18浏览次数:15  
标签:综述 遗传 玉米 中国农科院 JIPB 密植

现代玉米育种中,提高品种耐密性和种植密度是提高玉米单产的关键措施。玉米密植后群体通风、透光性降低,会引起避荫反应,造成株高和穗位高增加、抗生物和非生物胁迫能力降低、植株抗倒性降低,并最终导致产量损失。因此,培育耐密理想株型玉米是提高玉米耐密性的重要途径。

2023年12月22日,华南农大王海洋教授与中国农科院生物技术研究所邹俊杰副研究员合作在《JIPB》上发表相关综述,题为“Breeding maize of ideal plant architecture for high-density planting tolerance through modulating shade avoidance response and beyond”。

本文围绕光信号、株高/穗位高、叶夹角、雄穗分枝数、开花期、根系结构等6个方面系统综述了玉米响应密植的遗传调控分子机制研究进展,总结出较低的株高/穗位高、紧凑的叶夹角、较少的雄穗分枝数、较早的开花期和发达的根系是玉米耐密植的5个关键形态特征,提出通过遗传机制解析、挖掘优良等位基因、人工设计优良等位基因变异等技术路径,结合分子辅助育种、全基因组选择等现代生物育种技术,实现耐密性状与其他优良性状的协同改良,为培育密植高产玉米提供思路与建议。

玉米适应高密度种植的关键形态特征

植物色素和隐色素介导的信号网络调控玉米的避阴反应。高密度种植条件会降低红光与远红光的比例,从而抑制 ZmPHYs 的活性。ZmPIFs 积累的增加可直接抑制 ZmmiR156 的表达,从而释放下游的 SPL 转录因子,如 UB2/UB3/TSH4。UB2/UB3/TSH4 蛋白会激活 TB1、GT1、BIF2 和 TCP30 的表达水平,从而调节分蘖和花序发育,以应对高密度种植。蓝光激活的 ZmCRY1b 可增强玉米中 ZmHY5 和 ZmHY5L 蛋白的积累,进而直接上调 ZmGA2ox10 的表达,使 GAs 失活,抑制株高/穗高,导致抗倒伏。

调节玉米株高和穗高的遗传途径。植物激素包括赤霉素(GAs)、辅酶、铜素类固醇(BRs)、赤霉素内酯(SLs)和乙烯(ET),具有调节株高(PH)和穗高(EH)的功能。这些基因参与了植物激素的生物合成或信号传递。在 CLV-WUS 途径中,TD1 和 CT2 基因突变会显著降低玉米株高。其他已报道的调控 PH/EH 的基因包括各种转录因子(DWIL1、BLH12、BLH14、qPH7)和具有其他功能的基因(细胞骨架、ABA 信号转导等)。

调节玉米叶片角度的遗传途径。基因大致分为四类,包括与叶耳和叶舌等叶片自身形态发生过程中叶片角度形成有关的基因、与植物激素调控途径(BRs、auxin 和 ET)有关的基因、与叶片中区机械组织形成途径有关的基因以及与重力反应有关的基因。

调控玉米雄穗分枝数的遗传途径。包括CLV-WUS信号途径、辅助素信号途径、SL信号途径、RAMOSA途径和miR156/ SPL调控途径。CLV-WUS信号通路的作用是维持分生组织的大小。RAMOSA 通路限制抽穗分枝,而辅助素信号通路和 miR156/SPL 调控通路则促进雄穗分枝。SL信号的抑制因子ZmD53能抑制UB3和TSH4的转录激活活性,从而减少雄穗分枝的数量。

调控玉米花期的遗传途径。包括赤霉素途径、衰老途径、自主花期途径和光周期途径。

本文主要通过综述已有研究成果,结合作者自己的观点和思考,提出了一些新的研究思路和方法。例如,在未来的研究中,可以尝试将基因组选择技术和定位突变技术相结合,进一步提高育种效率和准确性;同时也可以探索其他与高密度种植相关的生物和非生物胁迫因素的遗传基础,为培育更加抗逆的玉米品种提供更多的理论依据。

标签:综述,遗传,玉米,中国农科院,JIPB,密植
From: https://www.cnblogs.com/miyuanbiotech/p/18249909

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