(通讯 苏慧慧)开花标志着植物从营养生长阶段向生殖生长阶段的转换,是决定植物发育的关键步骤。在农业中,玉米开花时间对成功繁殖和产量至关重要,高盐等胁迫会造成玉米产量的损失。
近日,我校英国上市公司官网365库丽霞教授课题组在植物学顶级期刊《
Plant Biotechnology Journal》(影响因子:13.8)上发表题为“ZmELF6-ZmPRR37 module regulates maize flowering and salt response”的研究论文,揭示了ZmPRR37通过光周期途径调控玉米开花时间和通过ABA路径响应盐胁迫的分子机制。
作者通过Ac/Ds转座子和转座子元件扩增子测序技术,鉴定到一个响应光周期开花的突变体zmprr37。长日照条件下,相比于野生型zmprr37突变体开花时间显著提前,而短日照条件下,两者开花时间无显著差异。通过构建了ZmPRR37过表达株系和ZmPRR37基因敲除株系进一步验证了ZmPRR37基因的生物学功能,ZmPRR37是一个光周期敏感基因,在长日照条件下延迟开花(图1)。
图1
序列分析发现,ZmPRR37启动子中含有多个胁迫响应和ABA响应元件,实验表明ZmPRR37-CR基因敲除突变体对盐胁迫敏感,过表达ZmPRR37株系增强玉米盐胁迫抗性。外源喷施ABA可以降低ZmPRR37-CR基因敲除突变体对盐胁迫的敏感性(图2)。
图2
作者通过候选基因关联分析发现,在ZmPRR37基因起始位点上游2071 bp处有一个与开花时间显著相关的SNP(C/T),该SNP位于C2H2型转录因子结合的motif内(ACACC)。利用EMSA实验,证明了C2H2型转录因子ZmELF6对单倍型C(ACACC)的结合能力更强。利用转录活性实验,证明了ZmELF6增强ZmPRR37启动子活性,单倍型C活性明显高于单倍型T(ACACT)。借助DAP-seq、RNA-seq、EMSA等实验,作者获得如下结果:(1)ZmPRR37直接结合ZmNF-YC2和ZmNF-YA3的启动子,抑制其转录进而延迟玉米开花;(2)实验证明ZmDhn1响应ABA,负向调控玉米盐胁迫抗性,ZmPRR37直接结合ZmDhn1的启动子抑制其转录进而增强玉米盐胁迫耐受性。因此该工作揭示了ZmPRR37在玉米中调控光周期开花时间和盐胁迫抗性的双重功能(图3),为全面解析光周期途径调控玉米开花时间的分子机制提供了理论基础,为培育抗盐玉米新品种提供了优良基因资源。
图3
英国上市公司官网365讲师苏慧慧为第一作者,河南省农科院神农实验室副研究员曹丽茹和英国上市公司官网365副教授任真真是本论文的共同第一作者,库丽霞教授,Leelyn Chong和陈彦惠教授是本论文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南农业(玉米)良种联合攻关项目和国家小麦玉米作物科学重点实验室等项目资助。
编辑/钱青秀 签审/殷贵鸿