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作科所发现玉米高氮肥条件下倒伏机制

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  近日,中国农业科学院作物科学研究所李文学团队研究发现玉米高氮肥条件下倒伏机制为培育抗倒伏玉米品种提供了分子生物学证据。相关研究成果在线发表在《分子植物(Molecular Plant)》上。

  玉米氮肥施用过量的问题在我国非常普遍。氮肥施用量过高不仅引起一系列环境问题,也易使玉米在生育后期发生倒伏,造成严重减产。据估计,我国每年因玉米倒伏造成的产量损失近100万吨。虽然大家公认氮肥与玉米倒伏密切相关,但是其中的机制一直有待于破解。

  miR528是特定单子叶植物所特有的miRNA。研究人员通过实验表明玉米中miR528能够响应氮胁迫,在高氮条件下上调表达,而在低氮条件下下调表达。通过测定木质素含量发现高氮能够抑制玉米体内木质素单体的产生,导致玉米体内总木质素含量下降。通过实验证实ZmLAC3和ZmLAC5为ZmmiR528的真实靶基因。研究表明,miRNA528会通过直接调控ZmLAC3和ZmLAC5的丰度影响木质素合成路径关键酶ZmPAL的表达,从而决定了高氮条件下玉米的抗倒伏性。本研究不仅首次解析了植物高氮胁迫反应与木质素合成这两个生物学过程之间存在的具体的基因调控通路,还报道了单子叶植物特异性miR528在玉米中调控木质素合成的生物学功能,该功能与同为禾本科植物的水稻miR528参与病原菌免疫调控的功能不同,说明单子叶植物miRNA在功能和进化上可能存在着较大的分歧。

  该项研究得到了国家重点研发计划、转基因专项和中国农科院创新工程资助。(通讯员 卫斐)

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