JGG | 中國農大林中偉團隊發現stiff2控制玉米莖稈彎曲強度和根系結構

倒伏是全球玉米生產面臨的主要威脅之一，每年造成5%–20%的產量損失。玉米倒伏主要包括莖稈彎曲、莖稈折斷和根倒伏三種類型。鑒定調控玉米莖稈和根發育的關鍵基因并解析其分子機制，對提高玉米抗倒伏性至關重要。然而，目前對玉米抗倒伏特別是抗根倒伏的遺傳機制知之甚少，可利用的抗倒伏基因也十分有限。

近日，Journal of Genetics and Genomics在線發表中國農業大學林中偉教授團隊題為“

The quantitative trait locus

stiff2

controls stalk bending strength and root architecture in maize

研究團隊通過對包含260份玉米自交系的關聯群體中22個農藝性狀進行相關性分析，發現開花期在決定莖稈彎曲強度方面起核心作用。在B73和Ki11雜交構建的重組自交系群體中，控制莖稈彎曲強度的QTL stiff2與開花期關鍵基因ZmCCT重疊。進一步關聯分析發現，stiff2對應ZmCCT，其啟動子區一個5 kb的轉座元件插入顯著降低莖稈彎曲強度。轉基因實驗表明，ZmCCT基因上調表達的植株莖稈更粗，莖稈表皮木質素積累更多，從而表現出更高的莖稈彎曲強度。基因調控網絡分析揭示，ZmCCT通過調控9個關鍵基因影響莖稈彎曲強度，包括調控氮轉運的nrt5基因，調控莖稈發育的Tu1、dwarf8和dwarf9基因，調控莖稈增粗的ub2、ub3和ch1.2基因，以及調控細胞壁木質素沉積的myb69和bm4基因。突變體分析表明，ub2ub3雙突變體和ch1.2突變體的莖稈彎曲強度較野生型顯著降低。此外，對ZmCCT上調表達的轉基因植株的根系分析發現，轉基因陽性植株表現出節根數、節根層數、根長、根粗、根干重和根毛等性狀的顯著提升，這些變化共同塑造了更強大的根系結構，進而提升玉米的抗根倒伏能力。

ZmCCT

綜上所述，該研究揭示stiff2既能增強玉米地上部莖稈抗倒伏性，也能通過優化根系構型提高基部抗根倒伏能力。stiff2下游基因調控網絡的鑒定為玉米抗倒伏分子育種提供了重要靶標。

作者簡介

中國農業大學鐘舒陽博士(現為大北農生物技術公司技術人員)和博士生許樂為該論文共同第一作者，中國農業大學林中偉教授為通訊作者。