在全球范圍內(nèi)，干旱等自然災(zāi)害嚴(yán)重威脅玉米生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大幅減產(chǎn)甚至絕收。因此，克隆玉米抗旱基因、改良玉米抗旱性是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需求。

    中國(guó)科學(xué)院植物研究所秦峰研究組利用全球不同地區(qū)的玉米自交系組成的自然變異群體，通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，83個(gè)遺傳變異位點(diǎn)（解析至42個(gè)候選基因）與玉米苗期抗旱性顯著相關(guān)。其中，最顯著的位點(diǎn)位于第9號(hào)染色體上的ZmVPP1基因中，該基因編碼一個(gè)定位于液泡膜上的質(zhì)子泵-焦磷酸水解酶。研究人員通過(guò)對(duì)大量玉米自交系ZmVPP1序列的精細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，在抗旱性強(qiáng)的材料中，ZmVPP1的啟動(dòng)子中含有一個(gè)長(zhǎng)度為366-bp的DNA片段插入（InDel-379），該片段中含有3個(gè)干旱應(yīng)答的MYB順式作用元件，因而提高了ZmVPP1在干旱脅迫下的表達(dá)量。通過(guò)雜交和連續(xù)回交的方法，研究人員將抗旱材料的ZmVPP1基因?qū)�入干旱敏感的材料中，有效提高了玉米苗期的抗旱性。研究還發(fā)現(xiàn)，提高ZmVPP1的表達(dá)量可以促進(jìn)根系發(fā)育、增加側(cè)根數(shù)目、提高葉片的光合速率和水分利用效率，從而增強(qiáng)玉米的抗旱能力。在田間干旱缺水條件下，ZmVPP1過(guò)表達(dá)植株的產(chǎn)量顯著高于對(duì)照植株，其產(chǎn)量受干旱影響較小。

　　該研究對(duì)玉米抗旱性的遺傳改良具有重要意義，為玉米抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點(diǎn)。

    該研究成果于8月15日在線發(fā)表于《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）期刊。秦峰研究組博士生王向蘭和王宏偉為論文的共同第一作者，秦峰和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心教授楊小紅為共同通訊作者。研究得到了國(guó)家科技部、中科院A類(lèi)戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

　　文章鏈接 

　　ZmVPP1抗旱等位基因型能有效增強(qiáng)玉米苗期的抗旱性。a. 攜帶ZmVPP1不同等位型（抗旱等位基因型：ZmVPP1CIMBL70/91和干旱敏感等位基因型：ZmVPP1Shen5003）的近等基因系在正常澆水條件下的生長(zhǎng)情況。b. 近等基因系干旱復(fù)水后的抗旱性表型。c. 分子標(biāo)記（InDel-379）檢測(cè)ZmVPP1的不同等位基因型DNA凝膠電泳圖。d. 近等基因系干旱復(fù)水后植株存活率統(tǒng)計(jì)分析。e. ZmVPP1不同等位基因型在抗旱材料和干旱敏感材料中的表達(dá)量分析。f, g. ZmVPP1不同等位基因型在近等基因系中的表達(dá)量分析。