最新研究成果解析玉米重要产量基因（2020.2.22 南湖新闻网）

2月20日，华中农业玉米研究团队张祖新教授课题组在Nature子刊《Nature Communications》在线发表题为“A serine/threonine protein kinase encoding gene KERNEL NUMBER PER ROW6 regulates maize grain yield”的文章，证实了一个编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的基因KNR6 （KERNEL NUMBER PER ROW6），该基因通过影响雌穗小花数目、穗长和行粒数进而控制玉米产量。在不同遗传背景的杂交种中导入有利等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数，增强表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。研究还发现，KNR6与Arf-GTPase激活蛋白（AGAP）互作并磷酸化AGAP，通过调节花序发育而影响穗长和行粒数。该研究结果有助于解析玉米穗粒数形成的分子机制，为提高玉米杂交种产量提供了理论依据和基因资源。

玉米（Zea mays L.）是当今世界重要的粮食、饲料、工业原料和能源作物，在保障世界粮食安全、经济发展及缓解能源危机等方面作用巨大。玉米籽粒是经济发展的重大需求，也是遗传育种学科的重大研究课题。近一个世纪来，通过育种家的不懈努力，玉米单位面积籽粒产量提高了6～8倍，但是，我们至今对玉米遗傳改良过程中所选择基因或位点知之甚少。

张祖新教授课题组基于图位克隆策略，首次克隆了一个控制玉米穗长、每行籽粒数和籽粒产量的QTL。研究发现，候选基因KNR6编码一个丝氨酸苏氨酸类受体蛋白激酶，并且该基因5-UTR区域的一个Harbinger-like转座子插入缺失变异和基因5.1kb上游区域的一个长末端重复逆转座子（LTR）的插入缺失变异可引起KNR6的调控区域的甲基化水平的改变，进而导致KNR6表达水平的改变。而KNR6的表达水平与玉米自交系果穗长度和每行籽粒数正相关。借助分子标记辅助选择，将KNR6增效等位基因型置换四个自交系的减效等位基因型，导致穗长和行粒数增加，且改良版的郑单958籽粒产量比其改良前提高5.6%。在不同遗传背景的杂交种中导入增效等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数，过表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。

研究还发现，KNR6具有自磷酸化和磷酸化的活性，可通过磷酸化其互作蛋白AGAP进而调控花序分化，这是一个重要的理论发现。结合KNR6蛋白的磷酸化功能，从蛋白质磷酸化组学解析KNR6可能参与的调控网络，并从分子生物学等层面探明KNR6在玉米花序发育控制中的生物学机制，可为阐明玉米穗粒数形成的遗传机制及调控网络奠定基础。

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室博士研究生贾海涛、李曼菲和中国农业大学李威亚博士为论文共同第一作者，张祖新教授为通讯作者。中国农业大学杨小红教授、美国美国冷泉港实验室Dave Jackson教授也合作参与了本论文撰写工作。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。