想要玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)
花的正確性別分化是關(guān)鍵之一
近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)
有了新發(fā)現(xiàn)
破譯玉米性別分化的“基因密碼”
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授王海洋、副教授柳青團(tuán)隊(duì)研究揭示了兩個(gè)同源基因GT1和ZmHB13/VRL1在促進(jìn)玉米心皮退化，進(jìn)而影響玉米性別分化的分子機(jī)制。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《植物生理學(xué)》（Plant Physiology）。
玉米也有性別之分
植物的性別是通過(guò)花朵的雄蕊和雌蕊來(lái)辨別。比如，大家熟悉的玉米，頂上開(kāi)的花是雄花；從玉米苞的苞葉尖上抽出來(lái)的“胡子”，則是雌花。這種在一株植物上雄花、雌花分開(kāi)的植物，叫做雌雄同株異花植物。而銀杏、楊柳、開(kāi)心果等，雖然也是雌雄異花，但它們的雄花和雌花不生長(zhǎng)在同一株樹(shù)上，這樣的植物叫做雌雄異株植物。
玉米的雌花序
玉米的雄花序
玉米是一種重要糧飼作物，廣泛用于食品、飼料和生物燃料，占全球谷物總產(chǎn)量的36%。作為一種典型的雌雄同株植物，玉米產(chǎn)生物理上分離的雄穗（雄性花序）和雌穗（雌性花序）。雄穗生長(zhǎng)在植株頂部，而雌穗則發(fā)育在位于雄穗下方幾個(gè)節(jié)位的葉腋處。
在授粉過(guò)程中，從雄穗雄蕊上散落的花粉粒到達(dá)雌穗的胚珠上。這種結(jié)構(gòu)確保了種子的成功結(jié)實(shí)。因此，花的正確性別分化是玉米獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的前提條件。
玉米性別分化的分子調(diào)控機(jī)制
獲重要進(jìn)展
在玉米中，雄穗小花的雄蕊原基優(yōu)先發(fā)育并最終轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄋ?，而上、下位小花?a class="keyword-search" >心皮在起始后相繼發(fā)生退化。相反，在雌穗小花的心皮原基迅速起始并發(fā)育成功能性的心皮。此后，上位小花的雄蕊和下位小花的心皮逐漸退化，同時(shí)下位小花的三個(gè)雄蕊也隨著下位小花的退化而退化，從而在雌穗中形成單一的雌性花。
成熟時(shí)，雄穗小花通過(guò)選擇性退化心皮而變成純雄花，而雌穗中僅上位小花繼續(xù)生長(zhǎng)并通過(guò)抑制雄性發(fā)育而變成純雌花。GT1（Grassy tiller）作為一個(gè)調(diào)控玉米性別分化的經(jīng)典基因，其調(diào)控玉米性別分化的具體分子機(jī)制仍然未知。
該研究發(fā)現(xiàn)，GT1基因的突變會(huì)導(dǎo)致雄穗中心皮退化受阻，從而形成雌化的雄穗。而ZmHB13/VRL1基因的單獨(dú)突變則不會(huì)造成這種表型。然而，當(dāng)GT1和ZmHB13/VRL1基因同時(shí)突變時(shí)，植株會(huì)表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的雄穗雌化表型。此外，該雙突變體的雌穗下位花的心皮退化也受阻，導(dǎo)致額外的可育小花形成并最終結(jié)實(shí)成為種子。
GT1/ZmHB13通過(guò)JA生物合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)玉米心皮退化，進(jìn)而影響玉米性別分化的工作模型。
分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示，GT1和ZmHB13/VRL1能夠直接結(jié)合茉莉酸（JA）生物合成基因ZmLOX3和ZmOPR7的啟動(dòng)子，上調(diào)它們的表達(dá)，從而促進(jìn)JA的生物合成。此外，這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子還與JA信號(hào)途徑中的關(guān)鍵抑制因子ZmJAZ4和ZmJAZ26相互作用，釋放JA信號(hào)途徑的激活因子ZmMYC2a和ZmMYC2b，進(jìn)而激活下游的JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。
該研究結(jié)果為解析玉米性別分化的調(diào)控機(jī)制和玉米的遺傳改良及雜交育種提供了重要的理論指導(dǎo)和基因資源。
資料參考：科學(xué)網(wǎng)、中國(guó)科學(xué)報(bào)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)官網(wǎng)
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