研究工作 1. 2021年10月5日，Nature Communications在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、湖北洪山实验室张祖新教授课题组题为“An ethylene biosynthesis enzyme controls quantitative variation in maize ear length and kernel yield”的研究论文。该研究鉴定了一个控制玉米果穗长度、每行籽粒数、每穗籽粒数目和籽粒产量的多效性QTL，证实了一个乙烯生物合成的关键基因ZmACO2为该QTL的功能基因，首次揭示了该基因控制花序中内源乙烯生物合成水平、影响小花败育率进而控制穗粒数的新机制。课题组克隆了一个控制玉米穗粒数的重要基因ZmACO2，其编码1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶2(ACO2)，参与花序发育进程中内源乙烯的生物合成。利用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除ZmACO2基因，雌花序中内源乙烯的生物合成显著减少，雌性小花的败育率下降，结实率增加，最终导致玉米自交系单穗籽粒数增加。重要地，敲除ZmACO2基因也可使杂交种增产约13.4% （图1）。这一研究成果不仅首次揭示了内源乙烯生物合成与玉米花序发育和小花育性的关系，阐明了组织特异性表达的ZmACO2基因控制花序中内源乙烯水平、通过调控小花败育率进而调节穗粒数和籽粒产量的新机制，也为利用基因编辑技术优化内源乙烯水平、提高小花育性和穗粒数提供了靶标基因。研究成果不仅有助于实现玉米密植高产的育种目标，也可为其它禾本科作物的相关研究提供借鉴。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26123-z2. 2021年2月20日，Nature Communications发表了华中农业大学玉米研究团队张祖新教授课题组题为“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。
