玉米是我国第一大作物，对于保障我国粮食安全至关重要。研究发现，增加玉米单位面积种植密度是实现玉米增产的重要途径。但玉米密植会引发其避荫反应综合症，出现植株徒长、抗倒伏能力减弱、减产等不利影响。光敏色素B（PHYB）作为植物中感受红光和远红光的主要光受体，是避荫反应综合症的关键调控因子。前期研究表明，将拟南芥phyB的104和361位的酪氨酸改变为苯丙氨酸，可以增强phyB的活性，但在玉米中还没有此类研究。
近期，中国农业科学院生物技术研究所和华南农业大学王海洋教授课题组合作完成的题为“Creation of two hyperactive variants of phytochrome B1 for attenuating shade avoidance syndrome in maize”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文)，JIA) 2022年5期正式发表。
该研究创制了两个玉米PHYB1超敏突变体：ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F。在模拟遮荫处理下，ZmPHYB1自身启动子驱动的ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F在转基因玉米中的表达可以减弱玉米幼苗的避荫反应综合症，还能够降低玉米植株的株高和穗位高，为培育耐密植玉米新品种提供了新的思路。
研究表明，将拟南芥PHYB(AtPHYB)104和361位的酪氨酸（Y）改变为苯丙氨酸（F）可以增强其活性。在本研究中，我们通过模拟AtPHYB的Y104F和Y361F突变形式，创制了两个玉米PHYB1超敏突变体：ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F。在ZmPHYB1自身启动子的驱动下，将ZmPHYB1Y98F、ZmPHYB1Y359F和野生型的ZmPHYB1（ZmPHYB1WT）基因转入到拟南芥phyB-9突变体中，分析发现，与ZmPHYB1WT相比，异源表达ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F增强了对phyB-9突变表型的互补功能。将ZmPHYB1Y98F、ZmPHYB1Y359F和ZmPHYB1WT（自身启动子驱动）转化到玉米中分析发现，与ZmPHYB1WT相似，红光处理可诱导ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F蛋白从细胞质中转运到细胞核，并且能够与玉米中的PIF蛋白互作。模拟遮阴处理（End-of-Day FR）发现，ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F转基因玉米幼苗的中胚轴显著短于野生型，这表明这些改造可以减弱玉米的避荫反应综合症。此外田间表型调查发现，ZmPHYB1Y98F和ZmPHYB1Y359F转基因玉米的株高、穗位高显著低于野生型。该研究为玉米耐密理育种提供了新的思路。
华南农业大学生命科学学院教授、华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室研究员王海洋为该文章的通讯作者，中国农业科学院生物技术研究所已毕业博士生赵永平、在读博士生赵斌斌、已出站博后吴广霞为该文章第一作者。该研究得到了广东省基础与应用研究重大项目（2019B030302006）、国家自然科学基金（31801377）和亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室基金（SKLCUSA-b201801）的资助。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311920634669
Cite the article:
ZHAO Yong-ping, ZHAO Bin-bin, WU Guang-xia, MA Xiao-jing, WANG Bao-bao, KONG De-xin, WEI Hong-bin, WANG Hai-yang. 2022. Creation of two hyperactive variants of phytochrome B1 for attenuating shade avoidance syndrome in maize. Journal of Integrative Agriculture, 21(5): 1253–1265.
研究团队简介
王海洋团队
王海洋教授长期从事植物光信号转导和作物理想株型遗传调控网络的研究，是植物光信号及作物功能基因组研究领域的国际知名专家和领军人物之一。近十几年来从事玉米和水稻理想株型、抗病等重要农艺性状的关键基因克隆、功能解析以及育种应用的研究，克隆了控制水稻和玉米理想株型、抗病等重要农艺性状的关键基因数十个，并正逐步应用于水稻和玉米的育种改良；成功设计和开发了“第三代杂交水稻育种技术体系”，该体系有望为我国作物杂交育种带来一场新的技术突破；创新性的开发了一种单倍体介导的基因编辑技术（IMGE），被业界评为“下一代作物育种技术”，可大大加快玉米育种的步伐。
作为主持人承担国家自然基金委员会创新研究群体项目和重点项目、国家重点研发计划项目等十余项。以第一作者或通讯作者在国际顶尖学术刊物Science和Nature发表研究论文4篇，在其他国际知名刊物发表研究论文120余篇。1项工作被评为“2014年度中国科学十大进展”；1项工作被评为“2019年度中国农业科学重大进展”；2项研究成果入选“2020年度中国植物科学30项代表性重大科研进展”；10项研究成果被F1000评述一项研究成果获得“2014年中国科学十大进展”；培养国家“杰青”、“优青”、“青年千人”、“万人计划”领军人才等国家级人才多名。
Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，主编为中国工程院院士、中国农业科学院副院长王汉中。JIA主要栏目有作物学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、资源环境、食品科学、农业经济与管理等，刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD)平台OA出版。最新SCI影响因子2.848，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区，中科院分区农林类期刊二区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。
转自：科研人直通车
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