JGG | 中国农科院生物所普莉团队综述玉米表观遗传调控机制及表观育种策略

玉米作为全球主要粮食作物之一，不仅是人类重要的营养来源，也是牲畜饲料和生物能源加工的重要原料，其亩产的可持续增长对于保障全球粮食安全至关重要。近年来，随着全球变暖以及极端气候增多，玉米产量受到严重威胁，亟须应用新的育种策略解决实现玉米增产稳产过程中遇到的瓶颈问题。作物高产稳产受到遗传、表观遗传和环境协同调控，其中表观遗传与遗传、环境的互作起着重要作用，以表观遗传理论和技术为中心的表观遗传设计育种体系为培育作物优良品种提供了新路径。

近日，中国农业科学院生物技术研究所普莉研究员团队Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Epigenetic variation in maize agronomical traits for breeding and trait improvement”的综述论文。该综述系统阐述了玉米重要农艺性状及环境适应性的表观遗传调控机制研究进展，并提出未来通过表观育种培育高产耐逆玉米新品种的技术策略。

玉米中的表观遗传调控主要包括组蛋白甲基化、DNA甲基化和RNA甲基化等表观遗传修饰及非编码RNA和染色质重构。表观遗传育种基于关键的表观遗传修饰位点来改善作物农艺性状及环境适应性，从而实现作物高产和稳产。该综述聚焦新型表观遗传修饰、三代测序技术、表观遗传编辑、表观合成回路等多个方面，系统总结了玉米表观修饰及调控蛋白的研究进展。此外，鉴于近年来真核生物中核酸修饰DNA N6-甲基腺苷(6mA)，RNA N6-腺苷酸甲基化(m6A)和5-甲基化胞嘧啶(m5C)功能被不断解析，该综述通过同源进化比对，发现玉米中存在潜在的核酸修饰调控因子。核酸修饰作为玉米中新的表观标记，相关表观因子的鉴定将有助于表观育种应用。最后，该综述提出通过表观育种策略，即利用表观编辑和合成表观技术，人工设计具有高产和多抗等多种性状聚合的方法，以实现产量和抗性协同改良，为培育高产耐逆玉米品种提供新思路与建议。

表观遗传调控与玉米改良

玉米的表观修饰包括组蛋白修饰、DNA甲基化、RNA甲基化、染色质重构和非编码RNA，表观编辑等可作为表观育种应用的方法。V1，玉米第一片叶完全展开，即玉米的出苗期；V12，第十二片叶完全展开，雌穗进入小花分化期，即玉米的大喇叭口期；R6，植株籽粒干硬，籽粒基部出现黑色层，乳线消失，即玉米的完熟期。

作者简介

中国农业科学院生物技术研究所博士生张道磊为该综述第一作者，普莉研究员和乐亮副研究员为共同通讯作者。相关工作得到科技创新2030重大项目和中国农业科学院创新工程等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jgg.2024.01.006