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我校徐辰武教授团队在《The Plant Cell》期刊发表研究论文

近日,我校农学院徐辰武教授团队联合中国农业大学袁力行教授团队在《The Plant Cell》期刊发表了题为“A variome-transcriptome-metabolome network links GABA biosynthesis to stress resilience in maize”的研究论文。该研究整合多组学数据构建了玉米根系变异组-转录组-代谢组的调控网络,发现ZmZIM2–ZmGAD模块通过调控γ-氨基丁酸(GABA)的代谢促进根系生长并增强玉米的抗逆性。

根系代谢物对植物的生长发育和环境适应具有重要作用。研究团队通过整合273份玉米自交系的根系代谢组和转录组数据,构建了玉米根系变异组-转录组-代谢组三元调控网络,成功克隆了调控GABA合成的关键基因ZmGAD。通过基因编辑、过表达以及生理生化等多种手段,证实ZmGAD通过调节GABA的合成促进根系生长。ZmGAD介导的GABA代谢可以通过调节气孔孔径和清除活性氧来赋予玉米耐逆性。

此外,研究发现ZmGAD基因编码区2-bp的插入导致翻译提前终止,造成了GABA含量降低、根长变短和耐逆性下降。群体遗传学分析表明,ZmGAD优异等位变异的频率在玉米驯化和现代育种过程中逐渐下降。研究还鉴定了一个新的转录因子ZmZIM2,它通过抑制ZmGAD的表达负调控GABA积累。

该研究系统阐明了ZmZIM2–ZmGAD模块介导的GABA代谢调控玉米根系发育和耐逆的分子机制,不仅为深入理解根系代谢物的遗传调控提供了新的视角,也为玉米根系改良和抗逆分子设计育种提供了极具价值的基因资源。

农学院博士后王芸芸、硕士研究生孙丹和段娅敏为论文共同第一作者,李鹏程、徐辰武教授与中国农业大学袁力行教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省种业振兴“揭榜挂帅”等项目资助。

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