网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

中国农业大学教授入选国家高层次人才支持计划领军人才,以通讯作者身份在国际著名期刊《PNAS》发表研究成果

0
分享至

近日,中国农业大学农学院玉米生物育种全国重点实验室林中伟团队在《PNAS》期刊上发表题为“A transposon inserted into HELD1 repressed maize husk leaf blade extension during maize domestication”的研究论文,破解玉米苞叶驯化之谜,找回野生祖先的性状有望增产又抗倒伏。农学院玉米生物育种全国重点实验室博士研究生简醒为第一作者,林中伟教授为通讯作者。

剥开一根玉米,层层苞叶像"外衣"一样把果穗裹得严严实实,替它挡住虫鸟和酷暑。在玉米的野生祖先大刍草穗子上,每片苞叶顶端还拖着一条长长的延伸叶片,像果穗的一撮"小辫子";而现代栽培玉米的这撮"小辫子",却短得几乎看不见。这个差异经常被忽视。苞叶是离果穗最近的光合作用器官,堪称籽粒灌浆的"贴身太阳能板"。研究表明,苞叶的光合效率甚至超过每一主茎叶片,在一些玉米材料中,摘除苞叶叶片会直接导致减产。然而,大约一万年前人类开始驯化大刍草以来,玉米从多分枝的"野草模样"变成单秆高产的作物,穗大了、籽粒饱满了,这条"小辫子"却越变越短,其背后的遗传机制一直是个谜。


图1 玉米苞叶延伸叶片的形态

为破解谜题,研究团队将长有长苞叶叶片的大刍草与几乎不长叶片的玉米自交系杂交,构建遗传群体开展全基因组扫描,共定位到12个控制苞叶叶片伸长的数量性状位点。其中位于3号染色体上的位点效应最强,被命名为HELD1 (图2)。随后的精细定位将目标区间压缩到仅11.5 kb的区段内,这一区段仅包含一个控制玉米分枝的tru1基因。实验证实,当tru1功能缺失时,玉米苞叶叶片显著变长,而苞叶总长不变,变长的是叶片,变短的是叶鞘,说明tru1的真正功能是重新划分"叶片"与"苞叶鞘"的比例。


图2 HELD1控制玉米苞叶延伸叶片

进一步的序列比对发现,现代玉米的tru1基因内含子中,插着一段133个碱基对的Harbinger转座子(俗称"跳跃基因"),而大刍草中没有。在226份玉米自交系中开展的关联分析显示,与苞叶叶片长度关联最强的遗传信号,恰好落在这段插入上。这段插入两端各携带一个能被TB1蛋白识别的结合位点。TB1正是此前改写玉米株型的驯化"明星基因"——它让玉米从多分枝变成单秆。这段转座子招募TB1前来结合,大幅提高tru1的转录水平,从而给苞叶叶片的伸长"踩下刹车"(图3)。


图3 TB1调控tru1基因的表达

研究还解析了tru1下游的调控网络。TRU1蛋白本身不是转录因子,不能结合DNA,但它会与转录因子ALOG1"牵手"形成复合体,增强ALOG1对下游基因lg2的激活。lg2负责确定叶舌/叶耳的位置,这条"分界线"划在哪里,直接决定叶片与苞叶鞘各占多少。基因编辑实验证实了这条通路:敲除lg2或ALOG1后,玉米都出现了变长的苞叶叶片。此外,TRU1还协同调控brd1、GA2ox1两个激素相关基因,共同参与苞叶"分界线"定位 (图4)。研究同时发现,遮光会通过该通路抑制苞叶伸长,这解释了为何密植条件下"小辫子"更短。


图4 TRU1调控苞叶延伸叶片的基因网络

群体遗传学分析为"驯化改写苞叶"提供了证据(图5):在100份大刍草材料中,仅约19%携带这段133碱基插入;而在242份玉米材料中,携带比例高达85%。统计学检验显示,该区域经历了典型的"选择清除",表明古人在驯化中有意无意地偏爱了短苞叶的植株——或许是因为短而紧实的苞叶更便于收获储存,也可能是它与其他优良性状"捆绑"入选。


图5 群体遗传学分析

那么,让现代玉米重新长出"小辫子",会发生什么?研究人员在海南和吉林公主岭一南一北两地开展田间试验,携带大刍草HELD1等位基因的长苞叶叶片玉米,果穗重量在两地均显著高于短苞叶叶片的普通材料;而摘除长苞叶叶片后,产量优势便荡然无存。这个结果说明增产正是由这撮"小辫子"决定。更妙的是,该等位基因还附赠"抗倒伏礼包":携带它的玉米茎秆木质素含量更高,穿刺强度和弯曲强度显著提升,株高、穗位等农艺性状也同步改善(图6)。


图6 tru1提高玉米产量和抗倒伏

转座子约占玉米基因组的85%,曾长期被视为"垃圾DNA"。而越来越多的研究证明,它们是塑造玉米性状的主要推手:从tb1决定单秆株型,到gt1造就"少而大"的果穗,再到ZmCCT影响开花期、tru1掌控苞叶长短,跳跃基因屡屡在玉米驯化史上留下关键一笔。该研究首次系统揭示了玉米苞叶叶片驯化的遗传基础,也为育种家提供了新思路:适度找回野生祖先的"长苞叶",相当于在果穗旁多加一个"微型光合工厂",有望为玉米增产和抗倒伏开辟新路。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
体制内外退休金的巨大差距引起老百姓的很大不满!

体制内外退休金的巨大差距引起老百姓的很大不满!

逍遥论经
2026-10-08 14:57:40
无奈,河南男子入职2月被派东南亚,1万人没劝住,落地3天大变样

无奈,河南男子入职2月被派东南亚,1万人没劝住,落地3天大变样

流云随风去远方
2026-10-22 17:42:27
椰树开放参观“翻车”了!39年保密车间首迎客,员工生产线脱鞋引食品安全争议

椰树开放参观“翻车”了!39年保密车间首迎客,员工生产线脱鞋引食品安全争议

火山詩话
2026-10-22 18:57:02
一些国企已经出现“三化”现象,而且这种现象有愈演愈烈的态势

一些国企已经出现“三化”现象,而且这种现象有愈演愈烈的态势

混沌录
2026-10-22 22:47:16
哇塞!41分!杨瀚森首秀来了,进步了……

哇塞!41分!杨瀚森首秀来了,进步了……

体育新角度
2026-10-22 14:03:50
不是王艺迪,不是陈熠,国乒2-3丢冠揪出第一责任人,3大争议浮出水面

不是王艺迪,不是陈熠,国乒2-3丢冠揪出第一责任人,3大争议浮出水面

野渡舟山人
2026-10-23 08:06:01
台风“蔷琵”影响时段已定!申城明夜暴雨、下周降温“齐上线”→

台风“蔷琵”影响时段已定!申城明夜暴雨、下周降温“齐上线”→

上海徐汇
2026-10-23 01:23:58
赖斯为遭网暴女友发声:她是我生命挚爱,没有人比她更适合我

赖斯为遭网暴女友发声:她是我生命挚爱,没有人比她更适合我

懂球帝
2026-10-22 22:02:26
奇瑞说,中国家庭的下一台车是摩托

奇瑞说,中国家庭的下一台车是摩托

极客公园
2026-10-21 22:31:11
事情闹大了!解放军准时封锁海域,中美航母或将首次正面掰腕较量

事情闹大了!解放军准时封锁海域,中美航母或将首次正面掰腕较量

无悔的灿烂人生
2026-10-19 17:10:03
“我从睡梦中惊醒,听机组人员说有飞鸟碰破飞机前面玻璃”,桂林航空一航班紧急返航,客服称系机械故障,已更换飞机再次起飞

“我从睡梦中惊醒,听机组人员说有飞鸟碰破飞机前面玻璃”,桂林航空一航班紧急返航,客服称系机械故障,已更换飞机再次起飞

南方都市报
2026-10-22 16:48:44
太前卫了!学生情侣约定开房一人一次承担房费,男方多次清算订房记录,女生哭诉经济压力大,聊天记录流出

太前卫了!学生情侣约定开房一人一次承担房费,男方多次清算订房记录,女生哭诉经济压力大,聊天记录流出

火山詩话
2026-10-19 07:59:53
清晨,美股大规模异动!

清晨,美股大规模异动!

证券时报
2026-10-23 08:12:03
斯诺克3场4-2!冠军6进3出,TOP16双星冲冠,中国战队全军覆没!

斯诺克3场4-2!冠军6进3出,TOP16双星冲冠,中国战队全军覆没!

刘姚尧的文字城堡
2026-10-23 07:32:41
他们是李昌钰儿女,一个比一个出息,对父亲遗产分配令人意外

他们是李昌钰儿女,一个比一个出息,对父亲遗产分配令人意外

娱说瑜悦
2026-10-22 22:10:04
高德地图宣布全面适配iPhone Duo!全球首个分屏导航即将上线

高德地图宣布全面适配iPhone Duo!全球首个分屏导航即将上线

快科技
2026-10-22 14:46:13
大拐弯!下午台风消息!温州发出通知

大拐弯!下午台风消息!温州发出通知

大永强
2026-10-22 16:56:20
她是国家一级演员,多次给坐轮椅的丈夫戴绿帽,丈夫为何不愿离婚

她是国家一级演员,多次给坐轮椅的丈夫戴绿帽,丈夫为何不愿离婚

历史点行
2026-10-11 08:30:13
39岁张雪再破天花板!央视正式官宣,德比斯连同整个车坛都沉默了

39岁张雪再破天花板!央视正式官宣,德比斯连同整个车坛都沉默了

探长影视解说
2026-10-22 18:35:13
1999年,一江西妇女到北京找知青丈夫,首长听到此事后深思了起来

1999年,一江西妇女到北京找知青丈夫,首长听到此事后深思了起来

牛魔王与芭蕉扇
2025-04-15 16:26:10
2026-10-23 09:08:49
植物研究进展 incentive-icons
植物研究进展
关注植物领域最新研究动态。
3975文章数 2741关注度
往期回顾 全部

科技要闻

OpenAI估值打折,AI还在吸金,投资人不上头了

头条要闻

牛弹琴:普京最新表态砍出五刀 一刀更比一刀狠

头条要闻

牛弹琴:普京最新表态砍出五刀 一刀更比一刀狠

体育要闻

卢卡:伦德伯格,欢迎来到NBA

娱乐要闻

芭莎盛典,张小斐因救场实现口碑暴涨

财经要闻

娃哈哈集团董事长许思敏离职

汽车要闻

搭城市NOA/续航555KM 捷达M6上市售7.98万起

态度原创

时尚
本地
健康
家居
军事航空

“风衣+裙子”才是今年秋天绝美搭配,这样搭显瘦还时髦

本地新闻

一场垂直登高赛跑出了"山城"的真正内核

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

军事要闻

美国或于明年开始扩建格陵兰岛军事设施

无障碍浏览 进入关怀版