玉米穗粒数基因KNR6的功能与应用研究

【作者】 张祖新； 贾海涛； 李曼菲； 杨晓红； 李威亚；

【机构】 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室； 中国农业大学农学院；

【摘要】 【研究背景】为满足经济快速增长对玉米作为食物、饲料和能源等需求,提高玉米籽粒产量、增加玉米供给是玉米遗传育种学科面临的艰巨任务。长期以来,育种家通过聚合有利于增大果穗的等位基因以提高杂交种籽粒产量。然而,我们对这些被育种家所选择的遗传位点知之甚少。【材料与方法】在本研究中,我们使用图位克隆策略鉴定并分离一个控制玉米穗长、行粒数和穗粒数的QTL KNR6,关联分析鉴定其在自交系群体中的有利等位基因,遗传转化和分子标记辅助选择研究基因功能及其育种应用潜力,互作蛋白鉴定、底物磷酸化分析、靶基因敲除等探究KNR6的作用机理。【结果与分析】KNR6编码一个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(serine/threonine protein kinase),决定雌花序上小穗和小花数目、果穗长度;KNR6基因5?-非翻译区的一个Harbinger-like转座子的有/无变异导致近等基因系间和自交系间穗长和行粒数的差异。过表达KNR6可以显著增加自交系和杂交种的籽粒产量,导入一个KNR6无转座子插入的等位基因,杂交种平均增加穗长1.46 cm、增加每行籽粒5.30粒,提高杂交种籽粒产量5.6%-13.4%。KNR6可与一个Arf GTPase-activating protein (AGAP)互作并使之磷酸化;另外,AGAP的CRISPR/Cas9敲除系的穗长变短、籽粒数减少。【结论】KNR6是一个玉米产量关键基因,可通过与AGAP互作并调节其磷酸化进而影响玉米雌花序的小穗和小花分化和发育,最终影响籽粒数目和籽粒产量。更多还原