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2020-编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的基因KNR6控制玉米产量研究-华中农业大学-Nature Communications(IF : 12.19)

A serine/threonine protein kinase encoding gene KERNEL NUMBER PER ROW6 regulates maize grain yield.
Jia H, Li M, Li W, et al.
Nat Commun. 2020;11(1):988.

玉米(Zea mays L.)是当今世界重要的粮食、饲料、工业原料和能源作物,在保障世界粮食安全、经济发展及缓解能源危机等方面作用巨大。玉米籽粒是经济发展的重大需求,也是遗传育种学科的重大研究课题。近一个世纪来,通过育种家的不懈努力,玉米单位面积籽粒产量提高了6~8倍,但是,我们至今对玉米遗传改良过程中所选择基因或位点知之甚少。

张祖新教授课题组基于图位克隆策略,首次克隆了一个控制玉米穗长、每行籽粒数和籽粒产量的QTL。 研究发现,候选基因KNR6编码一个丝氨酸苏氨酸类受体蛋白激酶,并且该基因5′-UTR区域的一个Harbinger-like转座子插入缺失变异和基因5.1kb上游区域的一个长末端重复逆转座子(LTR)的插入缺失变异可引起KNR6的调控区域的甲基化水平的改变,进而导致KNR6表达水平的改变。而KNR6的表达水平与玉米自交系果穗长度和每行籽粒数正相关。借助分子标记辅助选择,将KNR6增效等位基因型置换四个自交系的减效等位基因型,导致穗长和行粒数增加,且改良版的郑单958籽粒产量比其改良前提高5.6%。在不同遗传背景的杂交种中导入增效等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数,过表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。

研究还发现,KNR6具有自磷酸化和磷酸化的活性,可通过磷酸化其互作蛋白AGAP进而调控花序分化,这是一个重要的理论发现。结合KNR6蛋白的磷酸化功能,从蛋白质磷酸化组学解析KNR6可能参与的调控网络,并从分子生物学等层面探明KNR6在玉米花序发育控制中的生物学机制,可为阐明玉米穗粒数形成的遗传机制及调控网络奠定基础。

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室博士研究生贾海涛、李曼菲和中国农业大学李威亚博士为论文共同第一作者,张祖新教授为通讯作者。中国农业大学杨小红教授、美国美国冷泉港实验室Dave Jackson教授也合作参与了本论文撰写工作。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

维基生物仅协助原文作者参与KNR6互做蛋白的质谱鉴定工作。

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