华中农大PLOS发表玉米研究新成果
玉米穗行数（KRN）是玉米驯化和改良过程中一个重要的产量构成因素，是由数量性状座位（QTL）控制的。最近，来自华中农业大学、河北农业大学等处的研究人员在国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》发表题为“KRN4 Controls Quantitative Variation in Maize Kernel Row Number”的研究论文。这项研究提供了实验证据表明，基因间隔区的变异，可以调节重要粮食产量相关性状的数量变异，也为提高玉米的KRN提供了工具。本文通讯作者是华中农业大学植物科学技术学院的张祖新教授。。
了解粮食产量的遗传和分子基础，对于引导选育高产量玉米杂交品种的育种工作，是必不可少的。玉米穗行数（KRN）是一个重要的产量因素，也是一个重要的育种目标。在玉米的驯化过程中，KRN经历了一个戏剧性的变化，从大刍草的两行到现代玉米中的超过八行。已有研究报道称，多个数量性状位点（QTL）可控制KRN的数量变异。然而，这些KRN QTL的遗传和分子机制还是未知的。
从营养生长到生殖发育的切换，将腋生分生组织（AMS）转变成穗花序分生组织（IMs）。然后IMs拉长并产生一对小穗分生组织（SPMs）。每个SPM产生两个小穗分生组织（SMs），从而引起花分生组织（FMs），在受精后形成内核。雌性花序分生组织上SPMs的初始数量，决定了玉米穗上的粒行数，而IMs的分生组织活性，决定了每穗行的可能穗粒数量。SPMs的初始数量与花序分生组织的大小相关，这为SPMs的发育提供了空间。CLAVATA-WUSCHEL (CLV-WUS)反馈-信号回路，可通过限制干细胞的增殖和维持分生组织的活性，调节IM的尺寸。
最近，有研究从玉米中分离出了CLV-WUS反馈回路中的几个基因，包括td1、fea2和CT2。此外，RAMOSA基因、Corngrass1（Cg1）、tasselsheath4（tsh4）、FLORICAULA/LEAFY (ZFL1 and ZFL2)、unbranched2 (ub2)和ub3等，这些基因通过调节SPMs和SMs的发育，都影响穗的形态。然而，这些基因最初是通过花序突变体的遗传分析而被分离出来的，它们影响穗相关性状的数量变异的机制，仍然是未知的。因此，KRN数量变异的遗传基础和分子调控，值得进一步研究。
在这项研究中，研究人员精确定位了一个主要的KRN QTL——KRN4，它可以通过增加每穗的KRN而提高粮食生产力。研究人员发现，SBP-box基因Unbranched3 (UB3)下游60Kb，包含一个1.2Kb的转座子片段的插入缺失，为UB3的顺式调控因子，通过远距离调节UB3基因的表达量，控制玉米穗行数的数量变异。
研究人员发现，在3-Kb基因间区内，1.2-Kb Presence-Absence变体与不同玉米自交系的KRN数量变异密切相关，这些研究结果表明，这个1.2-Kb的含转位子的插入，可能引起了KRN增加。以前在UB3中确定的A/G SNP (S35, 也成为Ser220Asn)，也与这项关联图谱分析中的KRN密切相关。
在这些连锁作图群体中，研究人员没有检测到S35独自产生明显的遗传效应，他们发现，它与1.2-Kb PAV相互作用以调节KRN。在玉米驯化过程中，KRN4处于强烈的选择之下，1.2-Kb PAV和S35的有利等位基因，在现代玉米改良过程中是显著富集的。在温带玉米改良过程中，1.2-Kb-PAV-S35的有利单倍型（Hap1）是被选择的，但是在热带和亚热带玉米种质中仍然是罕见的。KRN4位点的详细研究，可加深我们对“玉米复杂性状的数量变异的遗传基础”的理解。
