中國農科院構建出首個玉米全節間時空特異轉錄調控網絡

CYP90D1（ZmD1）調控玉米節間發育和莖稈長度。中國農科院供圖

近日，中國農業科學院生物技術研究所玉米功能基因組團隊和作物代謝調控與營養強化團隊合作研究，構建出首個玉米全節間時空特異轉錄調控網絡，發掘和解析了關鍵基因CYP90D1調控玉米節間發育的分子機制，揭示了調控玉米節間發育的基因表達新模式。該研究拓展了對玉米莖稈發育機理的認識，為玉米株型分子改良提供了基因資源。相關研究成果發表于《植物生物技術雜志》（Plant Biotechnology Journal）。

株高是最重要的株型性狀之一，對玉米生長、光合作用、抗倒伏性和農機收割都有重要影響，是決定玉米產量的關鍵因素之一。株高主要取決于玉米莖稈節間數和節間長度，合理的株高才能促進玉米豐收高產。隨著基因組學、生物信息學及預測模型的快速發展，目前已鑒定出一些玉米節間發育和株高相關的調控基因，然而對于玉米節間發育的系統研究和調控機制仍缺乏深入理解。

拔節期是玉米株高形成的最關鍵時期，也是玉米生長發育最旺盛的階段。研究人員收集了玉米自交系B73的拔節期和成熟期全部節間，進行轉錄組測序，通過PCA聚類分成初成熟區、分生區、基底區及成熟區等四個特異發育時區。每個區域都有與特定發育時期相關的特異表達基因。

進一步研究對5個代表性的節間進行深入的差異基因表達分析，分別鑒定了分生階段和延長階段的關鍵轉錄因子。進一步結合節間長度、直徑、周長和重量等數據進行WGCNA分析與表型預測，構建了首個玉米全節間時空特異基因表達調控網絡，并鑒定了一批與表型高度相關的基因，通過Crispr-Cas9技術驗證了關鍵候選基因CYP90D1的功能，說明了該基因在株型改良和分子育種中可能的應用價值。

該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程等項目的資助。