研究发现玉米嫩穗或可通过“短丝”性状降低授粉风险

玉米嫩穗是未受精的幼嫩玉米穗,因营养价值较高、热量较低而受到市场关注,并作为周转周期较短的经济作物在全球贸易中占有一席之地。根据研究人员介绍,泰国目前是全球最大的玉米嫩穗生产国,年产值约为6400万美元。

在生产环节中,授粉会显著影响玉米嫩穗的品质与口感。为避免雌穗受粉并形成籽粒,种植者通常需要在玉米生长早期进行摘雄操作,即去除雄花以阻断花粉释放。这一做法劳动强度高、成本也相对较高。

爱荷华州立大学从事玉米育种研究的科学家近期报告称,他们发现了一种可能用于替代摘雄的授粉控制思路:通过遗传变异使雌穗花丝极度缩短,从而降低受精概率。相关研究成果已发表于《植物生理学》杂志。

研究团队将这一表型描述为“短丝的矮化”。论文作者之一、曾在爱荷华州立大学工作的科学家、现任肯塔基大学助理教授Siddique Aboobucker表示,团队在为其他研究目的鉴定基因及其突变体时,观察到一种会导致玉米花丝显著变短的突变。由于花丝主要生长在苞叶内部,外露程度降低,受精机会随之减少。

研究显示,这一短丝性状与通过CRISPR/Cas9基因编辑删除的ZmBMF2基因有关。变异材料仍会形成花丝,但长度通常几乎不超过苞叶。在为期四年的研究中,花丝仅在其中一年出现从苞叶中伸出的情况,且外露数量不足以完成授粉并结实。研究人员认为,这一发现为玉米嫩穗生产提供了潜在的替代授粉控制机制。

研究人员同时指出,该性状并不意味着完全失去结实能力:在去除苞叶的情况下,植株仍可受精并形成种子,这一点被认为对未来育种项目具有重要意义。此外,团队报告称,该突变未对其他与产量相关的性状造成影响,例如籽粒排数和穗长。

论文合著者、农学K.J. Frey教授Thomas Lübberstedt表示,尽管花丝生长对玉米繁殖至关重要,但相关生物学机制仍相对缺乏研究。目前已知与玉米花丝生长发育相关的遗传突变数量有限,而此次发现的基因与“极少花丝生长”相关,具有进一步探索的价值。

研究还提到,相关基因改造材料表现出潜在的“衰老”延迟现象,即细胞生长与老化过程可能发生变化。Aboobucker称,这一现象或为生产时间控制提供新的研究方向,并可能增强作物对不同种植区域环境条件的适应性。

研究团队表示,“短丝”现象是在研究与玉米纯合系开发相关的单倍体育性过程中意外发现的。Lübberstedt称,科研过程中出现的意外结果有时会引向新的发现,但往往需要进一步实验与持续投入。Aboobucker则表示,获得支持前沿研究的资金使团队能够对这类意外发现进行追踪和深入研究。


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