中国农大/神农种业实验室利用高时间分辨率转录组挖掘玉米耐寒基因

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关键词：

来源：

International Journal of Biological Macromolecules

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//agri.nais.net.cn/topic/downloadFile/23e79535-1045-445c-b8af-11e45630b4f3

来源地址：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.142347

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2025-03-24

摘要：

2025年3月24日，中国农业大学/神农种业实验室团队合作在国际知名期刊 International Journal of Biological Macromolecules在线发表了题为“Identification of the maize drought-resistant gene Zinc-finger Inflorescence Meristem 23 through high-resolution temporal transcriptome analysis”的研究论文。该研究利用高时序分辨率转录组分析技术，系统解析了玉米在干旱胁迫下的动态基因表达模式，鉴定出抗旱关键基因 ZmZIM23（Zinc-finger Inflorescence Meristem 23），并阐明了其通过调控水分利用效率、降低蒸腾速率和促进生物量积累来增强玉米耐旱性的机制。这一发现为理解玉米抗旱分子调控网络提供了重要理论依据，并为培育高抗旱玉米品种提供了新的分子靶点。玉米（Zea mays L.）是全球最重要的粮食作物之一，但其产量受到干旱胁迫的严重影响。随着全球气候变化导致降水模式的不确定性，提高玉米的抗旱性已成为农业科学的重要研究方向。传统的转录组研究往往受限于较少的采样时间点，无法准确捕捉基因表达的动态变化。在本研究中，研究人员采用 高时序分辨率转录组分析技术，在108个时间点对玉米幼苗进行了连续取样，并结合两轮干旱与复水处理，以模拟复杂的环境胁迫条件。研究结果显示，共鉴定到 8477个抗旱响应基因（DRGs），并通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建了 17个共表达模块，其中8个模块与干旱胁迫密切相关，为后续关键抗旱基因的挖掘提供了坚实的数据支持。在众多抗旱响应基因中，研究人员重点验证了关键基因 ZmZIM23 的功能。ZmZIM23 属于 TIFY 基因家族，其过表达转基因玉米在干旱条件下表现出更高的存活率、更低的叶片失水率及更高的生物量积累；同时，酵母单杂交（Y1H）和双荧光素酶（Dual-LUC）实验进一步证实，ZmWRKY40可转录调控 ZmZIM23与已知抗旱响应基因ZmCPK35的表达。研究还发现，玉米在不同的干旱阶段采取了不同的应对策略：从初期通过钙离子、活性氧及脱落酸信号的快速感知，到轻度干旱时激活ABA及非ABA依赖途径，再到中度和重度干旱时调控渗透物质的积累和启动抗氧化系统；此外，在第二轮干旱及复水后阶段，部分基因表现出响应更快、表达更强的特性，表明玉米可能存在“干旱记忆”机制。本研究不仅通过高时序转录组数据揭示了玉米在干旱胁迫下的动态基因表达和调控机制，而且为理解玉米抗旱分子调控网络提供了重要理论依据和基因资源。这些成果为培育高抗旱玉米品种提供了创新思路和实践方向，有望推动玉米遗传改良和抗旱育种技术的进一步发展。