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研究揭示了玉米基因组在生殖发育早期的调控特征

所有生物的生长发育都依赖于基因表达在时间和空间上的协调调控,而这在很大程度上是由基因组中的非编码序列控制的。利用基因组技术改进作物的一个主要挑战是作物基因组中顺式调控元件的功能注释,以及利用这些序列的能力,无论是通过育种还是生物技术,以微调目标途径,使其所处的复杂网络的破坏最小化。

由唐纳德·丹福斯植物科学中心助理成员安德里亚·伊夫兰博士领导的一个研究小组,已经绘制出了玉米在早期发育窗口期的非编码“功能”基因组,这一发育窗口期对形成花粉穗子和穗至关重要。

整合染色质结构、转录谱和全基因组关联研究的信息,他们的分析提供了对主要谷类作物的花序分化调控的全面研究,最终形成结构和影响产量潜力。Parvathaneni和Bertolini等人的研究“玉米早期花序发育的调控景观”于2020年7月6日发表在《基因组生物学》杂志上。

“通过多年的经典遗传学研究,我们已经很好地了解了玉米花序发育的主要控制因子。”Eveland说。但是简单地去除它们的功能或将它们的结构表达出来通常不会产生高产玉米。我们需要学习如何在空间和时间上精确调整他们的表达,以达到最佳的输出。这项研究是这样做的基础。”

在过去的一个世纪里,杂交育种和玉米改良导致了选择更小的穗子来减少光照和减少资源,以及更大、产量更高的穗子。由于雄穗和穗穗是通过一个共同的发育程序发展的,因此穗穗性状的进一步改善将需要该程序的解耦,例如,通过雄穗或穗穗特定的调节元素。了解相同的基因如何在穗子和穗中受到不同的调控,并利用这种特异性来控制一个对另一个,将会提高玉米育种的努力。

Eveland的研究重点是控制谷类作物植株结构性状的发育机制。具体来说,她研究了植物器官是如何由干细胞形成的,以及基因调控网络中的变异如何精确地调节植物的形态。她的团队将计算和实验方法结合起来,探索这些基因网络的扰动是如何改变物种内部和整个草类的形态的,最终目标是确定提高谷物产量的目标。

除了伊文兰的团队,合著者还包括来自佛罗里达州立大学、加州大学戴维斯分校和伊利诺伊大学香槟分校的研究人员。这项合作研究得到了美国国家科学基金会PGRP的资助,并将奖金授予了Eveland和合著者Alexander Lipka博士(UIUC),用于识别提高玉米产量性状的调控变异,以及Hank Bass博士(FSU),用于将染色质谱分析技术应用于重要的农学作物品种。

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