本项创新专利覆盖植物分子生物育种技术,特别聚焦于ZmPOD44基因及其生物材料的利用。研究团队成功鉴定出玉米中的关键过氧化物酶基因ZmPOD44,该基因在叶片中表达,对提高植物抗逆性和产量具有显著影响。
背景技术
玉米是人们主要的粮食作物以及经济作物。水分的缺少不仅影响着玉米的生长发育,更严重的制约了其产量。干旱胁迫会使玉米植株的生长缓慢,甚至停止生长,在玉米植株形态上表现为叶片变小,茎变细,根系变浅,并且在干旱胁迫下,玉米会关闭气孔为了减少水分的蒸发,从而抑制光合作用,降低玉米产量。此时,玉米植株会产生应激反应,调节基因的表达水平,以适应干旱。近期研究发现,ZmWRKY106基因的表达受干旱胁迫的强烈诱导,并通过ABA信号通路来抵抗干旱胁迫。干旱胁迫下,ZmHsf28基因能下调表达茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)生物合成基因、ROS清除基因和其他干旱相关基因,降低植株抗旱能力,将其沉默后可显著提升玉米的耐旱性。此外,激素水平以及信号转导水平的变化也会促进玉米植株的抗旱性。研究表明,ZmERF21是一个乙烯响应因子,在干旱条件下可直接调控激素(乙烯和脱落酸)和Ca信号转导来增强玉米植株的抗旱性。施加外源褪黑素能抑制H2
O2
的积累,促进ROS的清除,减少玉米叶片的氧化损伤。
过氧化物酶是生物体内十分重要的抗氧化酶,具有许多生理功能。当植物受到盐、冷以及干旱等非生物胁迫时,过氧化物酶会清除植物因胁迫产生的过量的活性氧以保护植物细胞,减轻细胞受到的氧化损伤。研究发现,过表达ZmSAG39玉米在干旱胁迫下会提高过氧化物酶的活性,从而减少细胞中H2
O2
和O2
-
的含量,增强了玉米的抗旱性。另一方面,过氧化物酶在木质素的生物合成和木质化过程也起到重要作用。AtPrx双突变体(AtPrx2/AtPrx25、AtPrx2/AtPrx71、AtPrx25/AtPrx71)的木质素含量低于单突变体。而AtPrx17受到AGL15的直接调控,在调节年龄依赖性木质化组织形成中发挥重要作用。
现如今,人们已经在不同植物中发现POD基因具有抗寒,耐盐、抗旱、调控花青素生物合成、调控木质素生物合成等功能,但ZmPOD44基因在玉米中的功能还尚未研究。
实现思路