隨著工業發展、環境惡化、汙水排放，重金屬脅迫已經成為農業生產的重要限制因子。鉛作為一種高度持續的重金屬，在農業生產中已威脅到玉米的產量和品質。當前，在玉米中鮮有控制鉛耐受性的基因被報道。近日，四川農業大學玉米研究所沈亞歐團隊透過正向遺傳學結合基因共表達分析鑑定到一個控制玉米鉛耐受性基因ZmHIPP，並解析了其調控機理，相關成果在國際著名學術期刊《Journal of Hazardous Materials》(中科院1區TOP，IF = 10.588)發表。
研究首先透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。隨後選取了兩份鉛耐受和敏感自交系，對其在鉛處理下不同發育時期進行RNA-seq，並對上述候選基因進行了WGCNA分析，在耐鉛關聯模組中鑑定到了控制鉛耐受性的核心基因ZmHIPP。採用原核表達、圓二色譜解析了ZmHIPP蛋白的理化性質，該基因編碼一個分子量大小約60kD的重金屬相關異戊二烯化植物蛋白。為明確該基因內變異位點對錶型的遺傳效應，對其進行了候選基因關聯分析，在其啟動子區挖掘到了一個顯著“A/G”變異，進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而影響玉米的鉛耐受性。對ZmHIPP進行酵母異源表達、擬南芥過量表達、玉米突變體分析，均證實了該基因正向調控玉米鉛耐受性。為了進一步瞭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胞成分中鉛積累情況進行了分析，揭示ZmHIPP增強了鉛在細胞壁的沉積進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汙染土壤生物修復提供了新思路。
圖1 WGCNA鑑定核心基因ZmHIPP
圖2 ZmHIPP蛋白原核表達和結構解析
圖3 玉米突變體zmhipp耐鉛性鑑定
圖4 鉛在玉米突變體中不同亞細胞成分中的含量
四川農業大學青年教師馬浪浪為該論文第一作者，畢業碩士研究生安蓉為並列第一作者，沈亞歐教授為通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃(2021YFF1000303)、國家自然科學基金(31871637、32072073)、四川農業大學雙支計劃等專案資助。
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