玉米遗传与种质创新利用研究课题组针对玉米养分高效利用问题，围绕玉米磷元素吸收和信号转导机制等研究方向，主要开展 玉米磷高效利用种子资源挖掘和基因克隆工作。利用动态转录组学和基因共表达网络分析，鉴定了在玉米根系中受低磷诱导的关键基因，通过基因编辑和转基因创制了部分基因的突变体和过表达材料，对这些基因的功能进行了深入的研究。通过全基因组关联分析，对152份玉米自交系的耐低磷关键位点进行了挖掘，克隆了主效基因ZmGRF10,通过突变体创制和生理生化以及转录组分析，初步解析了该基因介导玉米低磷耐受的工作模型。2024年度克隆控制玉米磷元素高效吸收和利用的基因2个，对其中1个基因的有利单倍型进行了解析，相关研究成果在The Crop Journal期刊发表SCI论文2篇。

       课题组负责人： 李盛本 教授

一、研究进展

针对玉米磷高效利用的关键基因挖掘和分子调控机制问题，对玉米幼苗进行连续三周的低磷处理和接续短时间复磷处理，对处理过程进行多点取样和转录组测序，鉴定到数百个受低磷诱导的基因，绘制了玉米低磷胁迫下根系基因共表达网络。我们重点对其中的一个转录因子ZmRap2进行了深入的功能研究。通过基因编辑技术创制了该基因的功能丧失突变体，发现该基因突变引起玉米无机磷水平的升高和低磷响应基因的表达紊乱。生化结合实验和基因表达分析分别鉴定了该基因的上游和下游调控基因，初步解析了该基因介导的玉米低磷适应的分子机制和调控网络。

围绕玉米耐低磷基因的自然变异以及有利单倍型挖掘问题，收集了国内外152份玉米自交系材料，并对这些材料的耐低磷系数进行了全基因组关联分析，获得了5个主效位点。通过突变体创制获得了其中关键基因ZmGRF10的基因进行了功能研究。该基因编码植物特异的转录因子，并负向调控大量有机磷水解酶基因的表达，基因突变导致根系无机磷水平显著升高。我们鉴定了该基因在驯化过程中产生的有利单倍型，发现启动子区多个SNP对基因表达的重要影响，为玉米磷高效分子设计育种提供了重要基因资源和理论依据。克隆了玉米选择性自噬受体ZmNBR1基因，并确定了其在干旱胁迫响应中的作用。进一步研究发现植物激素油菜素内酯(BR)受体BRI1a与ZmNBR1相互作用。

一、 科研产出

1. 发表SCI论文

[1]. Wang, Y., Peng, X., Lian, X., Yu, Q., Zhang, L., Li, T., Luo, H., Li, T., Yu, K., Zhang, W., Zhong, D., Zhao, Y., and Li, S. (2024). Natural variation in ZmGRF10 regulates tolerance to phosphate deficiency in maize by modulating phosphorus remobilization. The Crop Journal 12, 1414-1425

[2]. Hou, M., Fan, W., Zhong, D., Dai, X., Wang, Q., Liu, W., and Li, S. (2024). Ribosome Pausing Negatively Regulates Protein Translation in Maize Seedlings during Dark-to-Light Transitions. International Journal of Molecular Sciences 25, 7985.

[3]. Xiang, Y., Li, G., Li, Q., Niu, Y., Pan, Y., Cheng, Y., Bian, X., Zhao, C., Wang, Y., Zhang, A. (2024). Autophagy receptor ZmNBR1 promotes the autophagic degradation of ZmBRI1a and enhances drought tolerance in maize. Journal of Integrative Plant Biology, 66(6), 1068–1086.

[4]. Pan, Y.#, Han, T.#, Xiang, Y.#, Wang, C., Zhang, A. (2024). The transcription factor ZmNAC84 increases maize salt tolerance by regulating ZmCAT1 expression. The Crop Journal, doi: 10.1016/j.cj.2024.09.005.

[5]. Zhang, C., Miao, Y., Xiang, Y., Zhang, A. (2024). Brassinosteroid-signaling kinase ZmBSK7 enhances salt stress tolerance in maize. Biochemical and Biophysical Research Communications, 723, 150222.