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生物所解析玉米避荫反应关键调控因子的生物学功能

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  近日,中国农业科学院生物技术研究所与华南农业大学合作,揭示玉米在遮荫环境下通过光敏色素信号途径调控植物避荫反应的分子机制,对培育耐密植玉米新品种具有重要意义。相关研究成果在线发表在《植物生理(Plant Physiology)》上。

  增加玉米种植密度是提高玉米单产的有效手段。然而,种植密度过高时,植物被邻近的植株所遮蔽,绿色组织因为含有叶绿素总是吸收红光,透过或反射远红光,导致群体中红光/远红光比率下降,从而引发植物的避荫反应,如增加茎秆的伸长速度来有效地获取阳光(足够高而避免被遮光),茎秆变得纤细、易倒伏,对于作物往往伴随着产量的降低。因此,研究密植条件下玉米响应光信号的避荫反应机制,使玉米株高降低,对培育耐密植、抗倒伏玉米新品种具有重要意义。

  在许多植物中,已经充分证明了避荫反应中的关键调控因子PIF能够通过光敏色素信号途径重塑植物的表型以响应不断变化的光环境,但在玉米中有哪些PIF基因参与该过程,以及如何参与光敏色素信号途径调控的避荫反应仍不清楚。研究人员发现玉米基因组中共有7个PIF基因,所有ZmPIF蛋白都能与玉米中的phyB互作。在玉米中通过CRISPR/Cas9技术把ZmPIF基因敲除后产生的Zmpif突变体在黑暗生长条件下,其中胚轴伸长受到严重抑制。而且,Zmpif突变体能够减弱对模拟遮荫处理的株高伸长反应,从而抑制植物遮荫时的过快生长,最终达到降低株高的目的。(通讯员 崔艳)

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