隨著工業(yè)發(fā)展、環(huán)境惡化、污水排放，重金屬脅迫已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因子。鉛作為一種高度持續(xù)的重金屬，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已威脅到玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。當(dāng)前，在玉米中鮮有控制鉛耐受性的基因被報道。近日，玉米研究所沈亞歐教授團隊通過正向遺傳學(xué)結(jié)合基因共表達(dá)分析鑒定到一個控制玉米鉛耐受性基因ZmHIPP，并解析了其調(diào)控機理，相關(guān)成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials（中科院1區(qū)TOP，IF = 10.588）。

 

　　研究首先通過連鎖分析定位到了控制玉米鉛耐受性的6個QTL，共挖掘到了267個候選基因。隨后選取了兩份鉛耐受和敏感自交系，對其在鉛處理下不同發(fā)育時期進(jìn)行RNA-seq，并對上述候選基因進(jìn)行了WGCNA分析，在耐鉛關(guān)聯(lián)模塊中鑒定到了控制鉛耐受性的核心基因ZmHIPP。采用原核表達(dá)、圓二色譜解析了ZmHIPP蛋白的理化性質(zhì)，該基因編碼一個分子量大小約60kD的重金屬相關(guān)異戊二烯化植物蛋白。為明確該基因內(nèi)變異位點對表型的遺傳效應(yīng)，對其進(jìn)行了候選基因關(guān)聯(lián)分析，在其啟動子區(qū)挖掘到了一個顯著“A/G”變異，進(jìn)一步利用雙熒光素酶實驗驗證了該變異能造成啟動子活性變異進(jìn)而影響玉米的鉛耐受性。對ZmHIPP進(jìn)行酵母異源表達(dá)、擬南芥過量表達(dá)、玉米突變體分析，均證實了該基因正向調(diào)控玉米鉛耐受性。為了進(jìn)一步了解該基因的作用機理，研究者對野生型玉米和突變體的不同亞細(xì)胞成分中鉛積累情況進(jìn)行了分析，揭示ZmHIPP增強了鉛在細(xì)胞壁的沉積進(jìn)而減輕其對玉米植株的毒害。該研究為培育耐鉛玉米品種和鉛污染土壤生物修復(fù)提供了理論依據(jù)和技術(shù)儲備。