玉米G蛋白可同时调控发育及免疫机制

2019-12-20 绿谷生物 中国科学报
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 玉米G蛋白。吴庆钰供图

玉米G蛋白缺失影响玉米花序分生组织发育。吴庆钰供图

玉米的综合产量提高依赖于株型的优化与抗病性的提高,而二者往往相互拮抗。因此,确定既控制发育信号又控制免疫信号的关键调节机制对于最大化生产率至关重要。12月18日,美国《国家科学院院刊》(PNAS)发表中国农业科学院农业资源与农业区划研究所(以下简称资源区划所)最新成果,解析了玉米信号开关分子G蛋白对发育及免疫信号的双重调控机制,为平衡发育及免疫应答、提高玉米综合产量提供了重要的理论依据。

玉米不仅是我国和全球范围内的重要作物,也是遗传学和发育生物学研究的模式植物。论文第一作者、资源区划所土壤植物互作团队研究员吴庆钰介绍,前期研究成果表明,G蛋白作为重要的信号开关分子,对植物的分生组织发育起着重要的调控作用,而分生组织的程序化发育决定着玉米果穗形态,但其分子调控机制仍有待进一步解析。尤其是G?亚基,由于在单子叶植物中敲除该基因出现致死表型,导致无法对其功能进行深入解析,成为研究难点。

吴庆钰与山东大学教授徐芳、美国冷泉港实验室教授David Jackson等合作,首先明确了G?突变体致死不是由特定的发育停滞引起的,而是由免疫过激所导致。吴庆钰解释道,植物和人一样依靠免疫系统抵抗疾病侵袭,研究植物免疫系统的过激反应有助于理解植物的免疫过程,从而帮助提高抗病性。

通过遗传多样性筛选,研究人员鉴定了具有弱自身免疫反应、强发育表型的玉米Gβ等位基因,使玉米G?突变体在特定遗传背景下“起死回生”,并首次展现其发育表型,突破了前期的研究瓶颈。通过关联分析,研究者发现,该基因与玉米穗行数这一重要农艺性状显著关联。

“抗病需要免疫信号,而产量提高需要发育信号。玉米G?亚基同时调节分生组织的发育和免疫信号传导,对该基因的操纵有可能优化产量与抗病性之间的权衡,以提高农作物的产量。”吴庆钰说。

该项研究得到国家科技重大专项——转基因生物新品种培育、国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1917577116