The Crop Journal | 河南大学玉米生物学团队鉴定玉米GA生物合成途径中关键内根-贝壳杉烯酸氧化酶基因

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

玉米是一种重要的粮食、饲料、能源兼用作物，其种植及产量备受关注。改进玉米株型为适应高密度种植和提高生物及非生物胁迫耐受性提供了重要手段，而植物内源激素GA等在这一过程中扮演关键角色。虽然已有诸多关于植物激素合成及调控的相关研究，但对重要农作物中GA等生物合成及调控关键基因的克隆及功能鉴定仍然较少，这严重限制了人们通过基因工程操作改良植物株型进而改善作物生产的进程。

近日，河南大学玉米生物学研究团队在The Crop Journal在线发表了题为“GA Associated Dwarf 5 encodes an ent-kaurenoic acid oxidase required for maize gibberellin biosynthesis and morphogenesis”的研究论文，作者从以玉米B73为背景的EMS突变体库中筛选到的极端矮化突变体gad5-1作为研究材料，进行目标基因克隆及功能鉴定。

研究发现，与野生型相比，gad5-1表现出萌发延迟、严重矮化、茎节变短、生殖生长异常等严重发育缺陷（图1）。回交群体遗传分析显示，突变体严重发育异常表型由隐性单基因控制。通过构建群体、图位克隆、等位测试等将目标基因锁定为GA生物合成关键内根-贝壳杉烯酸氧化酶基因ZmGAD5（KAO，ent-kaurenoic acid hydroxylase）, ZmGAD5在gad5-1突变体中转录水平严重下调（图2）。作为典型的内根-贝壳杉烯酸氧化酶，ZmGAD5定位于植物细胞内质网（图3），催化内根-贝壳杉烯酸KA（ent-kaurenoic acid）向GA前体GA12的转化。gad5-1突变体中，KA过度积累，而GA前体GA12及具备生物活性的GA3等含量严重下调（图4）。外源喷施活性GA3，gad5-1突变体苗期生长表型得以恢复（图4）。在模式植物拟南芥中过表达ZmGAD5，植株的生物量提高，KA水平降低，GA12和GA3含量提升（图5）。上述研究表明，ZmGAD5作为玉米中的关键KAO，在调控玉米GA生物合成及植物株型方面发挥重要作用。对玉米内根-贝壳杉烯酸氧化酶编码基因ZmGAD5的克隆及功能鉴定为通过调控ZmGAD5的表达来改善植物形态建成和培育优质高产的玉米新品种奠定了基础。

作者和基金项目

河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室李祖亮博士和玉米生物学团队教师李保珠博士为该文共同第一作者，河南大学宋纯鹏教授为通信作者。河南大学玉米生物学团队长期致力于农作物重要农艺性状、逆境抗性等基础与应用基础研究，为作物抗逆改良、优质高产作物新品种培育等奠定基础。该研究得到国家自然科学基金项目（U21A20206）、三亚崖州湾科技城“崖州湾”菁英人才科技专项（SCKJ-JYRC-2022-78）及河南省高校科技创新团队支持计划项目（21IRTSTHN019）等资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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