近日，华南农业大学生命科学学院教授王海洋团队与中国农业科学院生物技术研究所等单位合作，在解析玉米气生根生长角度和抗倒伏性的分子和遗传机制方面取得新进展。相关研究在线发表于New Phytologist。
玉米（Zea mays L.）作为世界第一大作物，其充足稳定的供应对保障全球的粮食安全至关重要。增加种植密度是提高玉米单产的有效途径，但密植同时会激发植物的避荫反应，极大增加了玉米的倒伏风险。目前倒伏已经成为限制玉米高产、稳产和机械化的主要因素。因此，挖掘玉米抗倒伏的关键调控基因对提高玉米种植密度及产量具有重要价值。
气生根作为玉米根系的重要组成部分，与植株倒伏抗性密切相关。研究人员首先挖掘出生长素合成关键限速酶YUCCA（YUC）在玉米中的同源基因，发现ZmYUC2和ZmYUC4特异地在玉米气生根根尖部位表达，调控生长素在气生根根尖的局部合成，进而影响气生根的向重力性和生长角度。
研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，获得了Zmyuc2、Zmyuc4单突变体和Zmyuc2/4 双突变体敲除植株。研究发现，Zmyuc4单突变体和Zmyuc2/4双突变体表现出气生根角度明显变大，在高密度种植条件下显著提高了玉米抗根倒的能力，同时对其他农艺性状无不良影响。
该研究为培育耐密、抗倒和高产的玉米新品种提供了重要的基因资源。该研究还首次开发了一种基于X-ray CT来获取玉米三维根系构型的方法，该方法为实现在土壤中快速、无损地采集植物三维根系构型及可视化提供了技术支撑。
上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南崖州湾种子实验室基金的资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/nph.18733