上海生科院等在玉米品質和產量調控研究中取得進展

　　9月12日，《美國科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所巫永睿研究組與美國羅格斯大學教授Joachim Messing研究組合作的題為Maize endosperm-specific transcription factors O2 and PBF network the regulation of protein and starch synthesis 的研究論文。該研究發現玉米胚乳特異轉錄因子O2和PBF同時調控儲存蛋白和淀粉合成基因表達，為培育高產優質玉米提供了新思路。

　　在作物育種中，營養品質和產量同等重要，然而這兩個關鍵農藝性狀常常相互對立。當產量提高時，品質容易下降；當品質提高時，產量受到影響。因此，作物遺傳學家和育種工作者對如何產生品質好卻不低產的品種抱持著濃厚興趣，希望通過分子和遺傳手段使這兩個看似矛盾的性狀統一起來。O2和PBF是玉米胚乳特異轉錄因子，一直以來，不同實驗室關于它們的研究主要集中在調控儲存蛋白表達方面。玉米主要儲存蛋白是醇溶蛋白，占總蛋白的60-70%。由于醇溶蛋白缺乏必需氨基酸賴氨酸和色氨酸，玉米籽粒的蛋白品質很差。O2突變體中醇溶蛋白下降60%，其它富含賴氨酸和色氨酸的蛋白上升，最終使玉米蛋白品質接近牛奶的品質。然而，以O2為基礎材料育成的優質蛋白玉米卻在推廣上遭遇困難，主要原因是O2影響了產量。

　　植生生態所的研究人員通過一系列遺傳和生化實驗發現O2粒重下降的原因是淀粉合成受到影響。在雙突變PbfRNAi；O2中，粒重和淀粉合成下降更為顯著。通過RNA-Seq分析，研究人員發現在單突變和雙突變中主要是糖和蛋白代謝途徑的基因表達受到顯著影響。研究人員又通過轉錄激活、EMSA和免疫共沉淀等實驗證明了淀粉合成復合體中兩個關鍵基因PPDKs和淀粉合成酶III（SSIII）直接受到O2和PBF調控，SSIIa和SBE1間接受到O2和PBF調控。由此推論這些基因下調的合力導致了淀粉合成的下降，進而影響粒重。該工作證明了O2和PBF同時調控玉米蛋白品質和粒重，提出將來培育優質蛋白玉米可用RNAi直接沉默醇溶蛋白基因，從而避免用O2突變體影響淀粉合成和粒重。

　　該研究工作在中科院先導A分子模塊設計育種專項、國家自然科學基金委、中科院分子植物科學卓越創新中心和青年千人計劃資助下，由助理研究員張志勇、楊俊和博士研究生鄭喜喜在巫永睿和Joachim Messing指導下完成。

玉米胚乳特異轉錄因子O2和PBF同時影響蛋白品質和粒重