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Plant Cell | 中科院遗传发育所陈化榜研究组揭示小分子代谢物调控玉米雌穗发育的新机制

信息来源:Plant Cell   发布时间: 2022-03-29   点击数:保护视力色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)

玉米(Zea mays)是我国种植面积最大的作物,在我国粮食安全和经济发展中占有重要地位,产量是玉米生产和育种的首要目标。目前,对控制玉米穗长和行粒数等重要产量性状的QTL位点多有报道,但已克隆的功能基因还很少,而其中已报道的关于重要小分子代谢物调控穗发育过程的研究更是少之又少。

2022年3月16日,中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室陈化榜研究组在The Plant Cell发表了题为EAR APICAL DEGENERATION1 regulates maize ear development by maintaining malate supply for apical inflorescence的研究论文,揭示了小分子代谢物调控玉米雌穗发育的新机制。

该研究以玉米短穗突变体ead1 (ear apical degeneration1)为研究材料,通过图位克隆获得了调控玉米雌穗长度的关键基因EAD1,其编码一个细胞质膜定位的ALMT(Aluminum-activated malate transporter)蛋白。研究发现,ALMT在玉米幼穗木质部导管组织中特异表达,且具有典型的外排苹果酸盐活性。EAD1功能缺陷导致玉米幼穗顶端退化、穗长变短,分析发现突变体幼穗顶端苹果酸盐含量降低,而在幼穗早期注射补充苹果酸盐可恢复其短穗表型。综上,该研究揭示了重要代谢产物苹果酸盐,通过EAD1介导的在玉米幼穗维管组织中的运输,参与调控玉米雌穗发育过程的分子机制。此外,该研究还发现,过表达EAD1能增加玉米成熟果穗长度和行粒数,且EAD1等位基因可在不同程度上影响玉米果穗长度,这为挖掘和利用EAD1优良等位变异提高玉米产量奠定了理论基础。

EAD1影响玉米雌穗长度,调控玉米雌穗发育的分子机制模式图