北京市农林科学院玉米所研究揭示维生素和玉米素提升玉米单倍体染色体化学加倍机制

核心提示：近日，北京市农林科学院玉米所与中国农业大学合作在国际主流学术期刊The Crop Journal（IF=6.0）在线发表研究论文。该研究通过分析秋水仙碱与甲基胺草磷诱导的玉米单倍体化学加倍过程中的转录组与代谢组表达差异，揭示了维生素与玉米素在玉米单倍体化学加倍中的作用机制，并证明了维生素或玉米素处理在单倍体化学加倍中的促进作用。……（世界食品网-www.shijieshipin.com）

近日，北京市农林科学院玉米所与中国农业大学合作在国际主流学术期刊The Crop Journal（IF=6.0）在线发表题为“Vitamin and zeatin treatments promote colchicine-induced haploid chromosome doubling in maize”的研究论文。该研究通过分析秋水仙碱与甲基胺草磷诱导的玉米单倍体化学加倍过程中的转录组与代谢组表达差异，揭示了维生素与玉米素在玉米单倍体化学加倍中的作用机制，并证明了维生素或玉米素处理在单倍体化学加倍中的促进作用。

纯系的创制是玉米育种的重要环节。在玉米商业化育种中，基于孤雌生殖单倍体诱导系的单倍体育种技术比常规育种更加快捷和高效，从而广泛应用于育种实践中。染色体加倍是单倍体育种技术的重要环节，然而，调节单倍体染色体加倍的潜在机制仍不清楚，这是优化单倍体育种技术的关键。

为确定APM和秋水仙碱在染色体加倍中的最佳应用浓度，通过将郑58单倍体幼胚放置于含有不同浓度秋水仙碱和甲基胺草磷（APM）的培养基中进行培养，结果表明9.0μmolL-1、0.1 gL-1分别是APM和秋水仙碱处理单倍体幼胚加倍的最佳浓度，加倍处理后散粉率可分别达到68.18%和90.60%。通过分析其转录组和代谢组的变化，发现在对照和人工处理组的幼胚之间，分别鉴定到75种和60种差异表达代谢产物。与染色体加倍相关的大多数差异表达基因为下调，主要是参与有丝分裂过程。差异表达基因和差异表达代谢物共表达分析均表明，与对照相比，APM和秋水仙碱处理后玉米素、辅因子和维生素代谢途径均被显著富集。在平行实验中，将包括硫胺素、烟酸、维生素B6的组合或反式玉米素分别添加到秋水仙碱处理组中，散粉率分别提高了16.80%和3.11%，同时结实率和DH生产率均有不同程度的提升，结果证实了维生素或玉米素与秋水仙碱在单倍体染色体加倍中的协同作用。该结果为在转录组和代谢组水平上探索抗有丝分裂试剂作用下单倍体染色体加倍的分子机制和关键调控因素，以及提高染色体加倍效率的方法提供了新的途径。图片1.png

我院玉米所助理研究员陈琛和中国农业大学已毕业硕士研究生张钰岭为该文第一作者，玉米所赵久然研究员、王元东研究员和中国农业大学陈绍江教授为通讯作者，中国农业大学刘晨旭副教授和我院信息中心李金龙博士后也参与了相关工作。该研究得到重大专项、国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金、中国高校科学基金、北京市农林科学院杰出科学家培育专项和科技创新能力提升计划的资助。

日期：2024-10-28