5月22日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所玉米優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位首次揭示了玉米在馴化及全球適應(yīng)性過程中，種子根數(shù)目形成的遺傳基礎(chǔ)及適應(yīng)性軌跡，鑒定了控制種子根數(shù)目的關(guān)鍵基因ZmHb77，闡明了其調(diào)節(jié)根系結(jié)構(gòu)及玉米苗期抗旱性的遺傳和生物學(xué)基礎(chǔ)，為高效挖掘抗逆并適應(yīng)未來氣候變化的作物資源奠定了理論基礎(chǔ)。相關(guān)成果在《自然遺傳學(xué)（Nature Genetics）》上發(fā)表。
根系作為植物唯一的地下器官，在水分養(yǎng)分吸收及抗倒伏方面發(fā)揮著至關(guān)重要作用。禾本科作物玉米作為成功馴化的植物，在保障全球糧食安全方面發(fā)揮了重要作用。然而，玉米復(fù)雜根系結(jié)構(gòu)形成的遺傳機(jī)理及其生態(tài)適應(yīng)性軌跡一直未知。理解作物根系建成的遺傳學(xué)基礎(chǔ)及環(huán)境適應(yīng)性驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于高效挖掘抗逆并適應(yīng)未來氣候變化的作物資源具有重大理論意義。
研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)全球9000余份玉米種質(zhì)資源（包括玉米野生近緣種大芻草，地方品種和現(xiàn)代自交系）系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)大芻草沒有種子根，而地方品種和現(xiàn)代玉米自交系平均種子根數(shù)目在3-4之間，結(jié)合考古學(xué)證據(jù)揭示了種子根的形成可能符合作物馴化歷史及適應(yīng)性擴(kuò)散過程。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，晝夜溫差變化與降雨季節(jié)性對(duì)種子根數(shù)目變化具有重要貢獻(xiàn)，表明種子根形成與環(huán)境因子密切相關(guān)。隨后研究人員對(duì)全球1604份玉米種質(zhì)資源開展全基因組關(guān)聯(lián)分析，從160個(gè)種子根數(shù)目相關(guān)的候選基因中鎖定到一個(gè)控制種子根數(shù)目的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子ZmHb77，該基因通過控制種子根數(shù)目系統(tǒng)調(diào)節(jié)側(cè)根密度，進(jìn)而影響根系整體的吸水能力，可提高玉米苗期的抗旱性。該研究為理解作物馴化、根系遺傳及生態(tài)適應(yīng)性提供了典型范例，也為開發(fā)能夠應(yīng)對(duì)未來氣候挑戰(zhàn)的作物奠定理論基礎(chǔ)。
該研究由德國(guó)波恩大學(xué)、作科所和美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)等單位合作完成。德國(guó)波恩大學(xué)博士生于鵬為第一作者及共同通訊作者。作科所李春輝研究員，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)Meng Li博士和德國(guó)波恩大學(xué)博士生何曉明為共同第一作者。德國(guó)波恩大學(xué)Frank Hochholdinger教授、作科所王天宇研究員和美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)Ruairidh Sawers教授為共同通訊作者。該研究得到了“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃G2P和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41588-024-01761-3
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