10月20日，我校生命科學(xué)學(xué)院王勤、黃學(xué)輝在《New Phytologist》發(fā)表題為Natural variation of ZmLNG1 alters organ shapes in maize的論文，該研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)控制玉米葉片、雄穗和雌穗等器官形態(tài)的數(shù)量性狀基因ZmLNG1，并對(duì)該基因作用機(jī)理進(jìn)行了深入研究。

在過(guò)去的幾十年中，一系列優(yōu)良的作物雜交種的培育和應(yīng)用大大提高了作物產(chǎn)量。這些雜交種的親本通常來(lái)自不同的雜種優(yōu)勢(shì)類群，雙親間存在著豐富的遺傳變異。鑒定優(yōu)良雜交種中重要的數(shù)量性狀基因可以擴(kuò)展我們對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的理解，也有助于指導(dǎo)遺傳改良。在雜交作物中，葉、穗、種子等器官形態(tài)往往與產(chǎn)量密切相關(guān)、且受多個(gè)數(shù)量性狀基因調(diào)控，是雜種優(yōu)勢(shì)遺傳學(xué)研究的一個(gè)切入口。

植物器官的形態(tài)受細(xì)胞分裂和擴(kuò)張所調(diào)控。在細(xì)胞分裂過(guò)程中，大多數(shù)植物細(xì)胞的分裂平面由三個(gè)細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的順序形成和放置決定，分別為早前期帶、有絲分裂紡錘體和成膜體。早前期帶（PPB）是平行微管和肌動(dòng)蛋白微絲組成的皮質(zhì)環(huán)，在大多數(shù)植物體細(xì)胞中限定了隨后的分裂平面。已有的研究證實(shí)早前期帶的形成需要TON1/TRM/PP2A（簡(jiǎn)稱TTP）蛋白復(fù)合體的參與。TTP復(fù)合體由三類蛋白構(gòu)成，這三類蛋白分別為2A型蛋白磷酸酶亞基（PP2A）、TONNEAU1蛋白（TON1）和TON1募集基序（TRM）蛋白。目前對(duì)于TTP復(fù)合體在PPB形成過(guò)程中的作用機(jī)制尚未研究透徹。

葉型、穗型等性狀的遺傳定位與候選基因ZmLNG1轉(zhuǎn)錄本及雙親變異鑒定

該研究利用我國(guó)經(jīng)典雜交玉米品種鄭單958的雙親鄭58和昌7-2構(gòu)建了遺傳群體，定位并克隆到一個(gè)影響玉米葉片形態(tài)等多個(gè)田間性狀的主效基因ZmLNG1。研究發(fā)現(xiàn)，昌7-2中ZmLNG1存在了一個(gè)6 kb的缺失，造成ZmLNG1與旁鄰基因發(fā)生了融合。該融合事件破壞了ZmLNG1和 ZmTON1之間的相互作用。

ZmLNG1轉(zhuǎn)基因植株的各類表型驗(yàn)證

進(jìn)一步，該研究發(fā)現(xiàn)ZmLNG1可作為媒介連接另一類調(diào)控植物器官形態(tài)的蛋白Ovate family proteins（OFPs）和ZmTON1蛋白，并且影響OFPs的磷酸化水平。研究提示TTP蛋白復(fù)合體調(diào)控植物細(xì)胞與器官形態(tài)的作用可能與去磷酸化過(guò)程相關(guān)，并且其去磷酸作用的底物之一可能是OFPs。該研究表明TTP復(fù)合物在玉米器官發(fā)育中發(fā)揮著重要作用，并為植物基因組中基因融合事件影響生物學(xué)功能提供了一個(gè)案例。

ZmLNG1-ZmTON1和ZmLNG1-ZmOFPs的蛋白互作

王勤（生命科學(xué)學(xué)院助理研究員）為第一作者，黃學(xué)輝教授為通訊作者，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)劉紅軍教授為該研究提供了實(shí)驗(yàn)材料與寶貴意見(jiàn)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

（供稿、圖片：生命科學(xué)學(xué)院）

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