挖掘玉米“高產基因”

玉米的單株產量由玉米的每穗籽粒數目和穗粒重共同決定，挖掘控制玉米產量的“高產基因”，解析穗行數調控網絡，可使玉米單產得到大幅度提高，對保障國家糧食安全有重大價值和現實意義。

在國家自然科學基金重大研究計劃“主要農作物產量性狀的遺傳調控網絡解析”支持下，在山東農業大學教授張憲省等責任專家指導下，研究人員綜合利用農學與信息學，完成了調控玉米穗行數關鍵基因的克隆，并針對這些基因成功解析穗行數形成的遺傳調控網絡。

研究人員首先鎖定候選基因KRN2，發現其對穗行數具有負調控作用。隨后，他們通過表達分析、原生質體瞬時表達實驗、核苷酸多態性分析等多項先進實驗方法，最終確定是由于KRN2上游非編碼區在玉米馴化和改良過程中受到選擇導致其表達量降低，從而提高玉米的穗行數。

基于上述結論，研究人員通過多年多點的田間試驗、表型分析發現，與野生型相比，KRN2敲除突變體的穗行數、穗粒數、穗粒重等產量相關性狀均有所提高，產量比野生型分別提高10%左右；同時，KRN2突變體不引起花期、株型、葉型、雄穗、穗長、百粒重、籽粒體積等其他農藝性狀的明顯變化。

同時，研究人員解析了玉米穗行數形成的調控網絡。針對玉米控制籽粒數目的主效遺傳位點KRN4，利用全基因組關聯分析、圖位克隆等手段，證實KRN4位于控制玉米雌穗發育重要基因Unbranched3（UB3）的下游，并且遠距離調節UB3基因的表達。與KRN4互作的UB3則通過綁定LOG1和ARRs基因的啟動子區域調控LOG1和ARRs基因的表達，而LOG1和ARRs主要通過細胞分裂素的合成信號途徑控制玉米穗行數的數量變異。

進一步研究表明，KRN4 作為一個UB3啟動子的遠程增強子，通過染色質互作和招募UB2為中心的轉錄復合體調控UB3在雌穗分生組織中的表達。這一結果為基因間區參與數量性狀的精細調控提供了新的證據。

此外，研究人員還鑒定到一個以不同方式影響多個分生組織的突變基因gif1，以及控制玉米穗長和花數的乙烯生物合成酶ZmACO2等。