【J. Exp. Bot】中国农大利用冠菌素揭示玉米节间伸长的转录调控机制

2023 年 5 月 12 日，中国农业大学农学院 段留生 教授课题组在 Journal of Experimental Botany 杂志上在线发表了题为 "Deciphering transcriptional mechanisms of maize internodal elongation by regulatory network analysis" 的研究论文。

增加种植密度是提高玉米产量最简单、最有效的农艺策略，但较高的种植密度导致玉米倒伏风险增加。倒伏不仅造成玉米产量和品质的下降，也为机械化收获带来很大的困扰。基部节间长度与玉米茎秆倒伏呈正相关，但是对于节间伸长这一高度复杂的生物学过程研究相对较少。因此，玉米基部节间伸长机制的研究，对于培育适当缩短节间长度、具有较高抗倒伏性的玉米新品种具有重要意义。

01.不同玉米品种对冠菌素的响应具有差异

该研究发现，植物生长调节剂冠菌素能够有效抑制我国 10 个主栽玉米品种的节间长度，从而降低株高和穗位高，但是不同玉米品种节间受抑制程度表现出显著差异 (图 1)，通过 RNA-seq 分析发现，转录水平的差异是导致节间缩短差异的因素。并且发现不同敏感型品种体内植物激素、细胞壁和细胞周期相关基因具有不同的响应差异。

02.激素信号在节间伸长过程中的转录调控机制

通过对激素信号途径分析发现，节间伸长受到抑制的程度越高，GA、IAA、BR 受到的抑制越大，并最终通过对细胞壁和细胞周期相关基因的影响，抑制了节间细胞分裂和细胞伸长 (图 2)。例如 DELLA 蛋白表达的上调和 BZR1 的下调，最终抑制了调控细胞周期和细胞壁相关基因的转录因子的表达。

03.调控节间伸长关键基因的鉴定

通过基因调控网络分析，筛选到了在节间伸长过程中的重要转录因子，它们在节间伸长的过程中，通过其庞大的调控网络控制节间细胞的分裂和伸长 (图 3)。并且当节间伸长受到抑制时，这些转录因子表达水平的改变导致其靶基因表达水平的变化，最终通过抑制细胞周期和细胞壁来抑制节间细胞伸长。并用 EMSA 实验对预测的调控网络进行了验证。

04.结论与讨论

本研究发现冠菌素能够抑制我国玉米主栽品种的基部节间长度，以提高玉米的抗倒伏性。同时利用冠菌素对不同玉米品种节间抑制效果的差异性，通过对节间伸长区基因表达谱和转录调控网络的分析，补充了激素途径在节间伸长中的作用，并揭示了一些在节间伸长中起决定性作用的调节因子。这些结果为探索节间伸长相关基因的作用和获得理想的节间长度提供了宝贵的遗传资源。

转自：“iPlants”微信公众号

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