中國科學家找到野生玉米高蛋白基因THP9

研究人員經過10年努力,從野生玉米中尅隆了控制玉米高蛋白品質形成和氮素高效利用的關鍵變異基因THP9,並將其導入玉米自交系,使玉米蛋白含量大幅提高。《自然》審稿專家認為,這項工作通過分子生物學、生物化學、比較基因組學、定量遺傳學和育種等,解開了玉米蛋白含量和游離胺基酸積累的遺傳學謎題。

科技日報上海11月17日電(記者王春)17日,《自然》雜誌發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心巫永睿研究團隊與上海師範大學王文琴研究團隊合作的研究成果。研究人員經過10年努力,從野生玉米中尅隆了控制玉米高蛋白品質形成和氮素高效利用的關鍵變異基因THP9,並將其導入玉米自交系,使玉米蛋白含量大幅提高。

巫永睿表示:“提高玉米蛋白含量不僅是保障國家糧食安全的重大戰畧需求,也是保障我國畜禽養殖業和飼料加工業健康發展的重要途徑之一。與現代玉米相比,野生玉米的蛋白含量高3倍。然而,野生玉米高蛋白形成的機理是長期以來懸而未決的難題,控制玉米總蛋白含量和氮素高效利用的關鍵基因一直未能找到。”

研究團隊於2012年開始進行玉米高蛋白供體資料的尋找、蛋白含量測定、遺傳分析以及群體構建。為了充分利用野生玉米的基因資源,挖掘控制其高蛋白的優良變異基因,研究團隊首先破解了高度複雜的野生玉米基因組。他們通過三代測序科技和三維基因組相結合的策略,摸索並成功拼裝出既雜合又複雜的野生玉米單倍體基因組,用於野生玉米高蛋白基因的定位和尅隆。研究團隊經過艱苦攻關,連續創制了超過10代的遺傳資料,終於構建了野生玉米和普通玉米自交系B73的高世代近等基因系群體。

10年中,研究團隊選取了超過4萬個樣本的DNA進行基因型鑒定,測定了超過2萬個樣本的蛋白含量進行錶型分析,並分別在回交群體的第4代BC4、第6代BC6及第8代BC8進行了3次大規模高蛋白遺傳群體的測序以及精細圖比特尅隆,最終從野生玉米中尅隆出首個控制玉米高蛋白含量的主效基因THP9。

研究人員發現,該基因編碼天冬醯胺合成酶4(ASN4),ASN是氮代謝的中心,負責合成天冬醯胺。天冬醯胺在氮迴圈中具有核心作用,並在氨基基團的分子間轉移反應中充當氮供體。囙此,植物中的天冬醯胺水准與種子蛋白質含量密切相關。

實驗中,研究人員將野生玉米優良基因Thp9-T導入玉米自交系B73後,使種子蛋白含量新增約35%,根中氮含量新增約54%,莖中氮含量新增約94%,葉片中氮含量新增約18%,並且植株整體重量也大大新增。

此外,研究團隊在三亞南繁基地進行了大規模田間試驗,將野生玉米高蛋白基因Thp9-T雜交導入我國推廣面積最大的玉米生產栽培品種鄭單958中,顯著提高了雜交種籽粒蛋白含量,表明該基因在培育高蛋白玉米中具有重要的應用潜能。同時,在减少氮肥施用條件下,可以有效保持玉米的生物量以及植株和籽粒中氮含量水准,這對於在低氮條件下促進玉米高產、穩產具有重要意義。

在大田試驗中,研究人員同時驗證了Thp9-T不僅顯著提高鄭單958的籽粒蛋白含量,而且在低氮條件下促進玉米高產穩產。

《自然》審稿專家認為,這項工作通過分子生物學、生物化學、比較基因組學、定量遺傳學和育種等,解開了玉米蛋白含量和游離胺基酸積累的遺傳學謎題。“高蛋白含量相關位點被識別並精確定位到THP9基因,然後引入現代玉米中,展示了利用作物野生親緣實現永續農業的巨大潜力。”評審人說,“這顯示出對未來糧食安全的重要意義。”

資料標籤: 玉米 基因合成 科普
本文標題: 中國科學家找到野生玉米高蛋白基因THP9
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1678175511655976
相关資料
蘑菇皮製成的電腦晶片易回收
科技日報北京11月16日電奧地利科學家使用蘑菇的皮,製成了電腦晶片和電池的基板,其導電效能幾乎與現時由標準塑膠聚合物製成的基板相當,且即使將這種基板彎曲2000多次仍然能工作,可用於製造藍牙感測器等低功耗設備的基礎電池以及可穿戴感測器。
標籤: 晶片 科普
新超導量子比特“獨角獸”問世
科技日報北京11月16日電來自芬蘭阿爾托大學、歐洲量子計算公司IQM和芬蘭國家技術研究中心的科學家在最新一期《自然·通訊》雜誌上發表論文稱,他們研製出了一種新的超導量子比特“獨角獸”,旨在提升量子計算的準確性,並以99.9%的置信度利用“獨
標籤: 量子 量子通訊 量子晶片 比特 量子傳輸
替代定位系統演示十釐米精度導航
科技日報北京11月16日電荷蘭代爾夫特理工大學、阿姆斯特丹自由大學和荷蘭國家計量所研究人員開發了一種替代定位系統,該系統比GPS更强大、更準確,尤其是將其用於城市環境中,演示這種新的移動網絡基礎設施的工作原型實現了10釐米的精度。這項新技術
標籤: 定位 通信 原子鐘 電信網路 gps
活動星系中心黑洞質量測量精度從41%提高到13%
記者14日從中國科學院雲南天文臺獲悉,該台研究人員近期把著名活動星系NGC5548中心黑洞質量的測量精度從歷史的41%提高到13%,對未來的研究具有里程碑意義,相關成果發表在國際科學期刊《天體物理學雜誌》增刊上。
標籤: 黑洞 星系核 天文 科學 科普