JGG | 中国农大林中伟团队发现stiff2控制玉米茎秆弯曲强度和根系结构

倒伏是全球玉米生产面临的主要威胁之一，每年造成5%–20%的产量损失。玉米倒伏主要包括茎秆弯曲、茎秆折断和根倒伏三种类型。鉴定调控玉米茎秆和根发育的关键基因并解析其分子机制，对提高玉米抗倒伏性至关重要。然而，目前对玉米抗倒伏特别是抗根倒伏的遗传机制知之甚少，可利用的抗倒伏基因也十分有限。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业大学林中伟教授团队题为“

The quantitative trait locus

stiff2

controls stalk bending strength and root architecture in maize

研究团队通过对包含260份玉米自交系的关联群体中22个农艺性状进行相关性分析，发现开花期在决定茎秆弯曲强度方面起核心作用。在B73和Ki11杂交构建的重组自交系群体中，控制茎秆弯曲强度的QTL stiff2与开花期关键基因ZmCCT重叠。进一步关联分析发现，stiff2对应ZmCCT，其启动子区一个5 kb的转座元件插入显著降低茎秆弯曲强度。转基因实验表明，ZmCCT基因上调表达的植株茎秆更粗，茎秆表皮木质素积累更多，从而表现出更高的茎秆弯曲强度。基因调控网络分析揭示，ZmCCT通过调控9个关键基因影响茎秆弯曲强度，包括调控氮转运的nrt5基因，调控茎秆发育的Tu1、dwarf8和dwarf9基因，调控茎秆增粗的ub2、ub3和ch1.2基因，以及调控细胞壁木质素沉积的myb69和bm4基因。突变体分析表明，ub2ub3双突变体和ch1.2突变体的茎秆弯曲强度较野生型显著降低。此外，对ZmCCT上调表达的转基因植株的根系分析发现，转基因阳性植株表现出节根数、节根层数、根长、根粗、根干重和根毛等性状的显著提升，这些变化共同塑造了更强大的根系结构，进而提升玉米的抗根倒伏能力。

ZmCCT

综上所述，该研究揭示stiff2既能增强玉米地上部茎秆抗倒伏性，也能通过优化根系构型提高基部抗根倒伏能力。stiff2下游基因调控网络的鉴定为玉米抗倒伏分子育种提供了重要靶标。

作者简介

中国农业大学钟舒阳博士(现为大北农生物技术公司技术人员)和博士生许乐为该论文共同第一作者，中国农业大学林中伟教授为通讯作者。