以下文章来源于JIPB ，作者JIPB
与小麦和水稻等其他粮食作物相比，玉米对氮肥的需求更多。过量氮肥的施用不仅增加了生产成本，而且对环境与气候产生了不利影响。2018年，美国加州大学戴维斯分校等研究发现墨西哥瓦哈卡州塞拉米斯地区的古老玉米地方品种，其气生根能够分泌大量的粘液，创造一个低氧、富糖的环境，富集大量固氮微生物高效进行生物固氮(Van Deynze et al., 2018)。然而，这种古老地方品种生育期长达8- 9个月，高度为4.88-6.00米，不适用于现代农业耕作方式(Sheoran et al., 2021)。
JIPB近日在线发表了河南农业大学吴建宇研究团队题为“Enhancing Maize's Nitrogen-Fixing Potential through ZmSBT3, a Gene Suppressing Mucilage Secretion” 的文章(https://doi.org/10.1111/jipb.13581)。为了研究现代玉米种质是否保留有古老地方品种气生根粘液固氮的特性，该团队对258个自交系在多个环境进行了气生根粘液(ARM)分泌能力的跟踪调查。发现ARM分泌是现代玉米自交系的基本特征，但不同材料之间存在较大遗传多样性。通过对气生根粘液中固氮微生物的分离及酶活鉴定，发现少数玉米自交系保留了古老地方品种的固氮特性，即粘液同时拥有较大的分泌量、较高的固氮酶活和丰富的固氮细菌。进一步通过全基因组关联结合连锁分析鉴定出一个ARM分泌能力的关键基因ZmSBT3，该基因属于枯草杆菌蛋白酶家族，基因编辑证实其负调控ARM分泌（图1）。值得注意的是，在无氮培养条件下，ZmSBT3敲除系的生物量和总氮积累量均显著增加。ZmSBT3的一种优良单倍型与高ARM相关，并在玉米驯化过程中逐渐消失，仅在少数现代玉米自交系中保留。综上所述，研究结果证实ZmSBT3是增强玉米ARM分泌与生物固氮的潜在工具。该研究为固氮玉米杂交种的选育奠定了基础，也为粮食作物生物固氮提供了新途径。
图1. ZmSBT3基因敲除显著增强气生根粘液的分泌及固氮能力
河南农业大学吴建宇研究团队长期从事玉米遗传育种相关工作，在玉米与微生物及环境互作的遗传机制解析及关键基因挖掘利用等领域开展了系统的研究。
吴建宇研究团队的博士生高景阳为该论文的第一作者，吴建宇教授和研究团队青年教师周子键博士为该论文的共同通讯作者。该研究得到了河南农业大学专项基金与省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室的资助支持。
参考文献：
Van Deynze, A., Zamora, P., Delaux, P.M., Heitmann, C., Jayaraman, D., Rajasekar, S., Graham, D., Maeda, J., Gibson, D., Schwartz, K.D., et al. (2018). Nitrogen fixation in a landrace of maize is supported by a mucilage-associated diazotrophic microbiota. PLoS Biol. 16: e2006352.
Sheoran, S., Kumar, S., Kumar, P., Meena, R.S., and Rakshit, S. (2021). Nitrogen fixation in maize: Breeding opportunities. Theor. Appl. Genet. 134: 1263-1280.
转自：“iPlants”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
