Forskere identificerer gen, der kan føre til modstandsdygtig nissemajs

Et udbredt gen i planter er for nylig blevet identificeret som en nøgletransportør af et hormon, der påvirker størrelsen af ​​majs. Opdagelsen giver planteavlere et nyt værktøj til at udvikle eftertragtede dværgsorter, der kan forbedre afgrødens modstandsdygtighed og rentabilitet.

Et team af forskere ledet af Iowa State University brugte år på at finde ud af funktionerne af genet ZmPILS6. Nu har de været i stand til at karakterisere det som en vigtig drivkraft for plantestørrelse og -arkitektur, en bærer for et auxinhormon, der hjælper med at styre væksten i rødder under jorden og skud, eller stilke, over jorden. Deres resultater blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ).

"Et kendetegn ved den nuværende videnskabstid er, at vi har alle disse genomdata af høj kvalitet, hvad enten det er for majs eller mennesker eller andre organismer, og nu har vi til opgave at finde ud af, hvad generne rent faktisk gør," sagde Dior Kelley. assisterende professor i genetik, udvikling og cellebiologi ved Iowa State, der ledede forskerholdet.

Gruppen brugte "omvendt genetisk screening" (fra genet til egenskaber udtrykt i planten), kombineret med andre teknikker, da de sporede deres gens rolle i majsudvikling. Omvendte skærme kræver flere vækstsæsoner og virker ikke altid, ifølge Kelley. Det tog syv år for hendes gruppe at karakterisere ZmPILS6 grundigt og kontrollere, at den regulerer plantevækst.

Når "slået ud" af modificerede, muterede planter, undertrykte dets fravær roddannelse og plantehøjde. Forskningen har ført til et foreløbigt patent på dets potentiale til at blive brugt i avlsprogrammer til at skabe majs med kort statur, der stadig er yderst produktiv.

"Jeg tænker på det her som 'nisse' majs," sagde Kelley. "Der er stor interesse for det af alle mulige årsager, herunder reduceret brug af vand og næringsstoffer og dets evne til at modstå kraftig vind."

Da de undersøgte ZmPILS6 i majs, gjorde forskerne endnu et mærkeligt fund:Genet så ud til at have modsatte virkninger på plantevæksten end et sammenligneligt gen i Arabidopsis, en plante, der ofte bruges som model for forskning.

"Dette var meget uventet," sagde Kelley. "Det illustrerer, at planteproteiner, som har udviklet sig i forskellige sammenhænge, ​​kan opføre sig forskelligt. Det understreger behovet for at studere gener direkte inden for nøgleafgrøder af interesse, snarere end at tro, at vi forstår dem ud fra, hvordan de virker i andre planter."

Kelley giver en stor del af æren for projektets succes til et "stort team af samarbejdspartnere", især Craig Cowling, en doktorand i Kelleys laboratorium, som er den første forfatter på PNAS papir. "Craig var den, der virkelig gravede i, for at bekræfte, at dette gen bærer plantehormonet auxin, og det kontrollerer absolut størrelsen i majs."

"Dette projekt og at blive anerkendt som førsteforfatter på et papir i dette vigtige tidsskrift har været lidt utroligt," sagde Cowling.

Kelley kalder den nye forskning "grundlæggende" grundforskning for at forstå et gen, der påvirker talrige, komplekse væksttræk, som evolutionen har bevaret gennem mange planter, fra alger til majs. "Det er også 'translationelt', idet det linker til genetiske ressourcer, der kan bruges til at forbedre avlsprogrammer," sagde hun. "Dette åbner helt nye spørgsmål og facetter af forskning for mit laboratorium."

Flere oplysninger: Craig L. Cowling et al., ZmPILS6 er en auxin efflux-bærer, der kræves til majsrodmorfogenese, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2313216121

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af Iowa State University