4月22日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所玉米遺傳改良與新品種選育創(chuàng)新團隊鑒定了調(diào)控玉米籽粒蛋氨酸含量的關(guān)鍵基因ZmDeSI2，解析了該基因抑制蛋氨酸積累的分子機制。該研究首次繪制出ZmDeSI2 調(diào)控玉米籽粒蛋氨酸合成的精細圖譜，為玉米品質(zhì)分子設(shè)計育種提供了精準(zhǔn)靶點。相關(guān)研究成果以長文形式發(fā)表在《分子植物（Molecular Plant）》上。
玉米是我國重要的糧飼兼用作物，約60%被用作畜禽飼料。然而，玉米飼料中普遍缺乏蛋氨酸、色氨酸和賴氨酸等必需氨基酸。對于畜禽而言，蛋氨酸攝入不足會降低飼料轉(zhuǎn)化效率并影響其生長發(fā)育，同時增加氮排泄加劇環(huán)境氮污染。因此，采用生物強化策略通過遺傳改良提高玉米籽粒蛋氨酸含量，對飼料行業(yè)意義重大。
研究團隊對348份玉米自交系進行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，結(jié)合授粉后20天籽粒胚乳表達量數(shù)據(jù)，鑒定到一個調(diào)控玉米籽粒蛋氨酸含量關(guān)鍵基因ZmDeSI2。研究表明，該基因啟動子區(qū)域內(nèi)存在的突變能夠直接影響有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子與該基因的結(jié)合能力，從而顯著降低基因表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該基因通過調(diào)控亞硫酸鹽還原酶ZmSIR的小類泛素化修飾水平影響其蛋白積累以及蛋氨酸生物合成。隨后，研究人員通過分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，將ZmDeSI2 優(yōu)異單倍型回交轉(zhuǎn)育至自交系WC009，在其他農(nóng)藝性狀保持穩(wěn)定的情況下，實現(xiàn)了籽粒蛋氨酸含量的顯著提升。該研究為高蛋氨酸玉米培育提供了理論基礎(chǔ)和可行路徑。
作科所博士后魯鑫為論文的第一作者，李新海研究員、翁建峰研究員和周志強副研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、作物基因資源與育種全國重點實驗室、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項目資助。
文章鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（25）00134-0
