玉米研究越来越接地气了

文摘   2024-11-17 08:54   美国  

这几天看到国内几项玉米研究的报道,不禁赞叹:玉米研究不再只追求基础性的理论工作,似乎已经越来越接地气了。

RPG基因

一是华中农业大学严建兵教授团队在Cell上发表的研究论文“A Zea genus-specific micropeptide controls kernel dehydration in maize”。鉴定到一个影响籽粒脱水的小肽microRPG1,是玉米及其近缘种中特有的一种新型小肽,通过精确调节乙烯信号通路关键基因的表达来控制籽粒脱水。

适合机械化收获的玉米籽粒含水量要求在15%-25%,但我国大多数玉米品种的收获含水量在30%-40%,导致机械化收获面积不到15%,影响了生产效率和种植成本。多年多点试验表明,敲除microRPG1可使收获时的籽粒含水量下降2%-17%,平均7%,同时其他农艺和产量性状没有发生明显的变化。分析数百份代表性玉米种质材资源发现几乎所有材料都存在RPG基因,意味着操控RPG来改变籽粒脱水速率培育宜机收的品种具有巨大的应用潜力。

据悉,团队围绕玉米籽粒脱水的精准调控已经布局多个专利,未米生物科技有限公司(这几年风光无限,背景不用说)获得了应用的独家授权,并与多家种业公司开展合作应用,声称“产业化的价值非常大,通过降低水分做到籽粒机收,测算出来一亩地可以节约成本100到150块钱”。目前,已在黄淮海和东北地区进行测试,有望尽快推向市场。不过,该基因改良品种要获得基因编辑安全证书以及品种审定,在中国还是有一定路要走的。

全新一代玉米单倍体育种系统

二是吉林农科院联合未米生物、吉林农大、崖州湾实验室、成都瀚辰光翼等单位在Plant Biotechnology Journal上发表的“Powerful combination: a genome editing system to improve efficiency of breeding inducer and haploid sorting in maize”论文,融合了基因编辑、图像识别、智慧制造、荧光分选、双单倍体诱导等多项交叉学科技术,报道全新一代玉米单倍体育种系统。

采用愈伤组织特异性基因编辑的研究策略,整合不依赖于基因型的遗传转化、单倍体基因编辑、裸眼可视化荧光分选和自动化智能化分选技术,开发了全新一代的玉米单倍体育种系统。利用玉米愈伤组织中特异性表达的启动子pOsBBM1驱动Cas9表达,定向编辑诱导基因ZmPLA1和ZmDMP,同时引入胚特异性表达的裸眼可视荧光标记MoDsRed。由于Cas9只在愈伤组织中特异性表达,创制的诱导系不会对单倍体后代继续编辑,因此科研人员只需通过一次不依赖于基因型的遗传转化就可以快速培育出骨干自交系背景的单倍体诱导系。荧光标记分选测试结果表明:借助手持激发光源可以实现籽粒单倍体早期高效分选,分选准确率达到100%。相比传统诱导技术无法在热带圆粒玉米、彩色糯玉米等应用,新系统具有更加丰富的应用场景。此外,还进一步测试了新一代单倍体育种系统在成都瀚辰光翼研发的高通量自动单倍体籽粒分选设备上的应用效果,结果表明:基于计算机视觉系统开发的设备可实现高通量自动化分选,达到2万粒/小时,荧光激发光分拣单倍体正确识别率达到99.7%以上。

这个时代单打独斗已经不行了,各行各业都在交叉合作,育种更是如此,涉及到任一方面都需要专业的技术和人才,所以育种是个高度交叉、高精尖的领域(传统育种除外~)。

玉米液相芯片MaizeGerm50K

三是中国农科院作科所在The Crop Journal发表的论文:“Development of a MaizeGerm50K array and application to maize genetic studies and breeding”,利用1604个玉米自交系重测序数据选取具有代表性的SNP,并整合其他特异性标记,成功开发出一款能广泛检测玉米种质资源遗传多样性并适用于分子育种的SNP液相芯片MaizeGerm50K。

MaizeGerm50K芯片可以应用于各种玉米种质资源基因型鉴定,进行连锁图谱构建、群体多样性分析、GWAS和GS等研究中。该玉米芯片的研制将有助于提升育种效率,进一步提高我国玉米育种的自主创新能力。

作物芯片已经很多,玉米尤甚,但我看到它来源于1604个自交系WGS数据,还是比较有信心的。不过,最难的部分仍在成本。50K肯定不便宜,一般企业是做不起的。

除了以上几项玉米研究,当然还有其他的,这里不一一列举。

扩展阅读:

Cell | 华中农业大学严建兵团队解析玉米籽粒脱水机制,为宜机收玉米品种培育找到新“钥匙”

未米新闻丨未米生物获华中农业大学宜机收玉米独家授权开发,与14家知名种企现场签约

PBJ | 吉林省农科院刘相国研究团队联合未米生物联合开发全新一代玉米单倍体育种系统

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