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我科學家揭示玉米G蛋白對發育及免疫的雙重調控機制

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  12月18日,中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所土壤植物互作團隊吳慶鈺研究員解析了玉米信號開關分子——G蛋白對發育及免疫信號的雙重調控機制,為平衡發育及免疫應答,提高玉米綜合產量提供了重要的理論依據。該研究在線發表在《美國科學院院刊(PNAS)》上。

  玉米不僅僅是我國和全球范圍內重要的作物,也是遺傳學和發育生物學研究的模式植物。玉米的綜合產量提高依賴于株型的優化與抗病性的提高,而二者往往相互拮抗。因此,探索發育調控與免疫應答的平衡是玉米研究領域的重大課題。玉米果穗的形態包括穗長、穗行數等直接影響籽粒數量及單位產量。通常在田間成熟期對果穗形態進行評測,其形態在發育早期即已被幼穗上干細胞(花序分生組織)的程序化發育進程所決定。前期研究成果表明,G蛋白作為重要的信號開關分子,對植物的分生組織發育起著重要的調控作用,但其分子調控機制仍有待進一步解析。尤其是G亞基,由于在單子葉植物中敲除該基因出現致死表型,導致無法對其功能進行深入解析,成為研究難點。

  資源區劃所土壤植物互作團隊吳慶鈺研究員與山東大學徐芳教授、美國冷泉港實驗室大衛·杰克遜教授合作,首先明確了G突變體致死是由自主免疫所導致。隨后通過遺傳篩選,使玉米G突變體在特定遺傳背景下“起死回生”,并首次展現其發育表型,突破了前期的研究瓶頸。尤為重要的是,通過關聯分析,研究者發現該基因與玉米穗行數這一重要農藝性狀顯著關聯。該研究基于獨特的遺傳材料,綜合運用分子遺傳學、基因編輯及細胞生物學等手段,從全新的視角深入探索G蛋白對花序發育和自主免疫的調控機制,不但能夠幫助理解植物G蛋白信號轉導這個重要科學問題,也能為優化發育和免疫平衡,提高玉米及其它谷類作物綜合產量提供理論指導。

  該項研究得到國家科技重大專項、國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程等項目資助。(通訊員 查靜)

  原文鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2019/12/17/1917577116

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