11月13日，北京市农林科学院玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室分子育种团队在国际主流学术期刊BMC Plant Biology杂志上发表题为“Stalk architecture, cell wall composition, forbid QTL underlying high stalk flexibility for improved lodging resistance in maize”的研究论文，深入剖析了影响玉米茎秆柔韧性的生理特征和遗传因素。
该团队以骨干自交系“京724”（京科968母本）为材料，经过多年遗传改良，选育出与京724遗传背景高度近似且茎秆柔韧性增强的优良自交系“京724A1”。具体表现为在抽雄吐丝期穗位下第一节间，京724A1可耐受更大的茎秆弯折角度。通过二者茎秆表型对比，发现京724A1的节间比京724长且粗，呈塔形结构（图1）。
图1玉米京724及京724A1的茎秆形态及机械强度差异
茎秆X射线微型计算机断层扫描（CT）发现，京724A1具有更大的茎秆横截面积和更多的维管束。显微观察显示京724A1具有更厚、更为疏松的厚壁机械组织（图2）。进一步进行茎秆细胞壁成分检测，发现京724A1茎秆中的可溶性总糖含量及葡萄糖含量显著高于京724。
图2京724及京724A1茎秆解剖结构及细胞壁成分差异
为了定位影响茎秆弯折角度的基因，构建了由京724和京724A1组配的F2:3分离群体。对该群体进行茎秆弯折角度测定，并采用BSA策略进行定位，在全基因组范围内检测到一个QTL位点，位于Chr3: 14.00-19.28Mb。结合Δ（SNP-index）数据和茎秆表达量，预测了2个与茎秆弯折角度显著相关的候选基因，分别编码一个RING/U-box超家族蛋白（Zm00001d039769）和一个MADS-box转录因子54（Zm00001d039913）。同时，针对这两个基因设计了有效的KASP标记，用于分子标记辅助育种（图3）。
图3与茎秆断裂角度相关的两个候选基因表达量及其KASP标记
该研究揭示的茎秆柔韧性相关表型、鉴定到的候选基因以及开发的分子标记，为玉米茎秆柔韧性及抗倒折的遗传改良提供了重要的理论支持。王夏青博士和石子博士为论文共同第一作者，赵久然研究员和宋伟研究员为通讯作者。我院信息中心、北京市数字植物重点实验室张颖博士对茎秆CT形态观察提供了技术支持。该研究得到了北京学者计划、院青年基金、国家玉米产业技术体系的资助。
原文链接：
https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02728-2
日期：2020-11-19
