近日,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所李文學(xué)團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)玉米高氮肥條件下倒伏機(jī)制為培育抗倒伏玉米品種提供了分子生物學(xué)證據(jù)。相關(guān)研究成果在線(xiàn)發(fā)表在《分子植物(Molecular Plant)》上。
玉米氮肥施用過(guò)量的問(wèn)題在我國(guó)非常普遍。氮肥施用量過(guò)高不僅引起一系列環(huán)境問(wèn)題,也易使玉米在生育后期發(fā)生倒伏,造成嚴(yán)重減產(chǎn)。據(jù)估計(jì),我國(guó)每年因玉米倒伏造成的產(chǎn)量損失近100萬(wàn)噸。雖然大家公認(rèn)氮肥與玉米倒伏密切相關(guān),但是其中的機(jī)制一直有待于破解。
miR528是特定單子葉植物所特有的miRNA。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明玉米中miR528能夠響應(yīng)氮脅迫,在高氮條件下上調(diào)表達(dá),而在低氮條件下下調(diào)表達(dá)。通過(guò)測(cè)定木質(zhì)素含量發(fā)現(xiàn)高氮能夠抑制玉米體內(nèi)木質(zhì)素單體的產(chǎn)生,導(dǎo)致玉米體內(nèi)總木質(zhì)素含量下降。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)ZmLAC3和ZmLAC5為ZmmiR528的真實(shí)靶基因。研究表明,miRNA528會(huì)通過(guò)直接調(diào)控ZmLAC3和ZmLAC5的豐度影響木質(zhì)素合成路徑關(guān)鍵酶ZmPAL的表達(dá),從而決定了高氮條件下玉米的抗倒伏性。本研究不僅首次解析了植物高氮脅迫反應(yīng)與木質(zhì)素合成這兩個(gè)生物學(xué)過(guò)程之間存在的具體的基因調(diào)控通路,還報(bào)道了單子葉植物特異性miR528在玉米中調(diào)控木質(zhì)素合成的生物學(xué)功能,該功能與同為禾本科植物的水稻miR528參與病原菌免疫調(diào)控的功能不同,說(shuō)明單子葉植物miRNA在功能和進(jìn)化上可能存在著較大的分歧。
該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、轉(zhuǎn)基因?qū)m?xiàng)和中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程資助。(通訊員 衛(wèi)斐)