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杜何为教授团队揭示ZmCAO1对玉米籽粒重、产量和耐涝性等方面的影响

发布时间:2021-02-21 作者: 浏览次数:

     

新闻网讯 2月11日,杜何为教授团队在著名期刊Journal of Experimental Botany发表题为“A chlorophyll a oxygenase 1 gene ZmCAO1 contributes to grain yieldand waterlogging tolerance in maize”的学术论文。该研究主要揭示了玉米叶绿素A加氧酶1(ZmCAO1)在玉米籽粒重、产量和耐涝性等方面的作用。

叶绿素(Chls)是存在于绿色植物、藻类、蓝藻中进行光合作用的主要色素,对植物的发育过程和植物对环境刺激的反应至关重要。叶绿素a是最丰富的叶绿素,存在于几乎所有光合生物的反应中心和光复合体中。叶绿素a通过叶绿素a加氧酶(CAO)合成叶绿素b。据报道,CAO基因还参与活性氧的生成、非生物胁迫的信号和反应等。水涝是影响玉米产量的主要因素。在玉米中,CAO基因对植物耐涝性的贡献尚未被报道。

本研究在玉米B73背景下,发现了天然黄绿叶(ygl)突变体。表型分析显示,ygl突变体表现为株高矮、花期延迟、穗长变短等。团队通过BSA定位方法结合精细mapping筛选,发现该突变体是由一个51bp的转座子插入到ZmCAO1基因的第四个外显子区域,并强烈干扰其转录所造成的。

分析结果显示ygl突变体中ZmCAO1酶活性低,导致叶绿素a、b含量和总叶绿素含量降低,叶片呈现黄绿色。此外,zmcao1突变体的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率也有所降低;叶绿素合成前体δ-氨基乙酰丙酸、卟啉原和原叶绿素含量有所增加。RNAseq数据显示,zmcao1突变中参与光合作用和籽粒发育的基因表达明显下调,说明ZmCAO1的缺失限制了光合同化作用,降低植株株高、影响穗的大小、粒重和产量等。

为了分析ZmCAO1是否影响玉米耐涝性,研究者对zmcao1突变体进行了6天的淹水处理。经水涝处理后,突变体zmcao1死亡,但野生型植株未发生死亡。DAB和NBT染色监测ROS水平显示,突变体叶片染色明显加深,活性氧产生增多。该结果说明zmcao1增强了活性氧的产生,导致了玉米对水涝的敏感性。研究揭示了ZmCAO1在玉米光合作用、产量和耐涝性方面具有多效性影响。

(编辑 李胜杰)

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