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我国克隆首个玉米单向杂交不亲和基因

作者:医学职称
出处:www.lunrr.com
时间:2020-03-03

作者:秦志伟资料来源:科学网发布日期:2018/9/10 20:441:07

选择名称:萧中

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中国克隆第一个玉米单轴杂交不亲和性基因

记者从中国科学院遗传与发育生物学研究所获悉,陈华邦研究组、周一华研究组和薛永彪研究组在玉米单轴杂交不亲和性基因研究领域取得突破,首次克隆了控制玉米单轴杂交不亲和性的基因ZmGa1P,并进行了探索 该结果于2018年9月10日在线发表在《自然通讯》上。

亲和力是物种进化和形成的生物学基础,它决定和平衡地球上植物种群的多样性和稳定性。 植物种间和种内不亲和性的分子机制分析一直是植物学研究的热点。 玉米是典型的异花授粉作物,其自交和杂交通常都能结果。 然而,自然界中的一些玉米品种不接受外来花粉和授精种子。这种现象被称为单边交叉兼容(UCI) 因为UCI影响花粉配子的传播方向,控制这种现象的基因最初被称为配子体因子(Ga) 科伦斯于1902年发现了第一个玉米单向杂交不亲和位点(Ga1)。它是最彻底的单向杂交不亲和位点之一,广泛用于爆米花育种和生产。 随后,许多控制玉米杂交不亲和性的位点相继被发现,但还没有克隆出基因。 100多年来,玉米UCI的分子机制一直是个谜。

陈华邦对Ga1基因座控制玉米杂交不亲和性的研究始于2008年。经过10年的不懈努力,提出了Ga1基因座的双因素遗传控制模型。创新性地将来自“同质群体”的22,000个个体用于在Ga1位点进行雄性对照基因ZMGa1 P的遗传精细定位。结合1299个玉米自交系的基因型数据和与GA1位点相关的表型结果,利用600K单核苷酸多态性芯片进行全基因组关联研究,确定候选基因。 通过对薛永彪研究组构建的Ga1-S自交系的BAC文库进行筛选和测序,最终克隆出ZmGa1P。 转基因功能的验证证实了克隆基因的正确性。 ZmGa1P编码果胶甲基酯酶,PME),在玉米自交系Ga1-S和ga1-m的花药中特异性表达 周一华的研究小组通过大量的生化和细胞学研究发现,ZmGa1P位于花粉管顶端,与另一个花粉管特异表达的PME蛋白相互作用,共同维持花粉管甲基化修饰的正常程度,从而保证Ga1-S型花丝中花粉管的正常伸长,最后受精和种子。

ZmGa1P基因的成功克隆为玉米杂交种子的无隔离生产、特殊玉米与普通玉米以及转基因和非转基因玉米的生殖隔离创造了条件。 通过多年的育种实践,陈化邦研究组利用该网站培育了我国第一个杂交不亲和糯玉米组合,实现了玉米不亲和现象的非隔离应用 理论上,与发现的植物种间和种内不亲和性是由核酸酶介导的降解途径决定的分子机制不同,本研究首次发现玉米的不亲和性是由调节花粉管生长的PME复合体控制的,这种机制也可能在单子叶植物中普遍存在。 因此,这一成果具有重要的理论创新和应用前景。

据报道,陈华邦研究组博士生张兆贵和周一华研究组副研究员张保才是论文的共同主要作者。 这项研究得到了国家遗传学项目、国家重点研究与发展计划、中国国家自然科学基金会和中国科学院青年创新促进协会的支持。

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