本報(bào)訊 近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院國(guó)家玉米改良中心教授林中偉課題組揭示了玉米株型演化的一個(gè)關(guān)鍵分子遺傳機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然—通訊》上。
玉米的祖先大芻草具有許多分蘗，在野外環(huán)境具有明顯進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。而馴化后的玉米往往是獨(dú)稈、不產(chǎn)生分蘗，并且莖稈堅(jiān)韌得以支撐高產(chǎn)的穗子。然而，在玉米多樣化的演化過(guò)程中，甜玉米與爆裂玉米卻偏離這種作物共有的馴化模式。兩者往往產(chǎn)生3~4個(gè)分蘗。
究竟為何甜玉米、爆裂玉米會(huì)產(chǎn)生分蘗？又如何產(chǎn)生？作物馴化中的這種平行變化是否具有共同的分子遺傳基礎(chǔ)？
為此，課題組對(duì)甜玉米的主效分蘗QTL-tin1進(jìn)行深入的分子遺傳機(jī)理解析。研究發(fā)現(xiàn)，tin1基因控制了一個(gè)復(fù)雜基因網(wǎng)絡(luò)而促進(jìn)玉米分蘗芽的不斷伸長(zhǎng)，最終分蘗形成。這種包含多途徑的復(fù)雜基因網(wǎng)絡(luò)使得tin1能夠在分蘗抑制基因tb1強(qiáng)表達(dá)的情況下繞過(guò)tb1而形成分蘗。
序列分析表明，甜玉米tin1基因的這個(gè)剪接位點(diǎn)變異竟來(lái)自于大芻草。這個(gè)關(guān)鍵變異在大芻草和普通玉米種的分布比例很低，而在甜玉米和爆裂玉米種的比例達(dá)到50%。轉(zhuǎn)基因分析表明，該基因上調(diào)表達(dá)后，分蘗增加，同時(shí)雌穗數(shù)也相應(yīng)增加。甜玉米是典型的鮮食玉米，主莖及分蘗上雌穗都可正常發(fā)育，這樣分蘗長(zhǎng)有雌穗便可增加產(chǎn)量。爆裂玉米的雌穗往往較小，同樣分蘗增加會(huì)增加雌穗數(shù)，也無(wú)疑會(huì)提高產(chǎn)量。
由于所有栽培玉米包括甜玉米和爆裂玉米都包含有栽培型的tb1基因，這說(shuō)明在玉米多樣性演化的過(guò)程中，tin1位點(diǎn)的關(guān)鍵變異是tb1在栽培玉米中固定之后，由大芻草滲入到甜玉米及爆裂玉米中。這種滲入促使甜玉米及爆裂玉米偏離了正常的馴化路徑，部分地保留了其祖先的分蘗習(xí)性。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-019-13425-6
