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项目文章|PPB-鲁东大学吴永振研究团队揭示了用油菜素类固醇生物合成基因ZmD11增加水稻和玉米的种子大小和质量
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发表时间：2021-03-30 14:14:49
油菜素类固醇(BRs)是一组调节许多重要农艺性状的植物类固醇激素。研究作物中溴相关基因的作用机制是溴科学在农业上应用的必要条件。在作物中，BRs调节许多重要的农艺性状，包括株高、叶角、穗结构、种子大小、分蘖、光合作用、衰老、开花和非生物胁迫耐受性，这表明BRs在提高作物生产力方面具有很大的潜力。
为了测量内源BRs的含量，在水培养条件下，在播种阶段从对照植物和转基因植物收集大约2 g的茎组织。
在南京瑞源生物技术有限公司对BRs进行了量化。
近日鲁东大学吴永振研究团队在PPB上发表了一篇名为“The brassinosteroid biosynthesis gene, ZmD11, increasesseed size and quality in rice and maize”的文章，结果表明ZmD11是调节种子大小和质量的关键基因，在作物分子育种中具有潜在的应用价值。
油菜素类固醇(BRs)是植物类固醇激素，在调节植物的生长和发育以及环境适应中发挥多种作用。自从发现这些激素以来，通过结合实验方法，主要的BR-生物合成和-信号通路已经被很大程度地阐明，特别是在模式植物拟南芥中。BR-生物合成途径或-信号途径的遗传操作实现了期望的有益性状而几乎没有不利影响。因此，深入研究作物BR相关基因的功能机制，对于BR在农业上的应用具有特殊的意义。粒度是作物产量和质量的关键决定因素。到目前为止，已经克隆并鉴定了几个控制水稻籽粒大小的基因和主要数量性状基因座，BRs直接或间接参与控制晶粒尺寸。
自1979年发现以来，BRs被认为在农业上具有良好的应用前景和经济价值。在本研究中，鉴定了水稻D11的直系同源物ZmD11和其他42个BR生物合成相关基因，跨越9条玉米染色体。ZmD11的过表达恢复了cpb1水稻突变体的正常穗结构和高度，表明ZmD11具有保守功能。
ZmD11增加了水稻的谷粒大小和重量。
本研究在玉米中鉴定了水稻矮化11 (D11)的直系同源物ZmD11和其他42个BR生物合成相关基因。补充实验证实ZmD11完全挽救了水稻cpb1突变体的异常穗结构和株高。系统发育分析表明ZmD11样蛋白在其他单子叶植物和双子叶植物中发现，但在低等植物中没有发现，这些同源物的选择性剪接变体主要存在于小麦科作物中。亚细胞定位分析表明ZmD11定位于内质网。ZmD11基因主要在授粉后10-16天的幼穗和种子中表达，尤其是在盾片糊粉层和果皮中。此外，ZmD11基因的组成型表达显著增加了水稻和玉米的种子长度、种子面积、种子重量以及种子淀粉和蛋白质含量。
ZmD11基因的亚细胞定位和表达模式
结果表明ZmD11在种子发育过程中从10到16个DAP高度表达，特别是在13个DAP的种子的SAL和果皮中。进一步研究zmd11突变体的粒形，zmd11-1和zmd11-2突变体的粒长、粒宽和粒面积与野生型B73相比显著减少，表明zmd11在调节玉米种子大小中起重要作用。生物合成途径的遗传操作可以显著提高植物的性能和生产力。
文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.01.031
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