2015年11月17日，國際主流遺傳學雜誌《PLoS Genetics》，在線發表了華中農業大學作物遺傳改良國家重點實驗室玉米糰隊張祖新教授課題組在玉米產量性狀遺傳基礎研究方面的研究論文「KRN4 Controls Quantitative Variation in Maize Kernel Row Number 」。劉磊博士為本文的第一作者，張祖新教授為通訊作者。張祖新教授課題組的杜豔芳、申曉蒙、李曼菲等參與了本課題研究，河北農業大學陶永生博士對本課題亦有貢獻。
玉米是全球第一大農作物，2014年我國玉米年消費量為3.9億噸左右，僅次於美國，居世界第2位（國家統計局）。同時，隨著人們消費結構的不斷變化，對農牧產品需求量日益增加，農牧行業飼料玉米的需求量急劇增長。同時發達國家利用玉米作為生物能源的原材料，進一步加劇了全球範圍內玉米供需的緊張局勢。因此提高玉米產量，應對日益嚴峻的糧食安全問題迫在眉睫。
玉米的單株產量可由玉米的每穗籽粒數目以及粒重共同決定，張祖新教授研究團隊針對玉米的控制玉米籽粒數目的主效遺傳位點KRN4，利用全基因組關聯分析、圖位克隆等手段，證實了KRN4位於控制玉米雌穗發育重要基因Unbranched3（UB3）基因下遊60Kb，包含一個1.2Kb的轉座子片段的插入缺失，為UB3的順式調控因子，通過遠距離調節UB3基因的表達量，控制玉米穗行數的數量變異。KRN4位點優良單倍型可以提高2行穗行數，增加將近20%的每穗籽粒數目，因此可以顯著提升玉米產量。研究者同時發現，KRN4位點可以通過和UB3基因內的功能性SNP變異發生遺傳互作，進一步提高玉米籽粒產量。現代玉米是由野生種玉米草（teosinte）馴化和改良而來，現代玉米栽培種具有較高的籽粒產量，研究者發現KRN4在玉米的馴化和改良過程中受到強烈的選擇，通過對KRN4優良單倍型的強烈選擇，使KRN4位點的優良單倍型頻率在現代玉米中顯著提高。研究者進一步利用來自兩個不同玉米材料的KRN4優良單倍型，利用分子標記輔助選擇的手段，成功的對兩個穗行數較低的玉米自交系進行遺傳改良，將它們的穗行數提高了將近18%。該研究對認識玉米產量形成的分子機理具有重要意義，同時提供了通過遺傳改良提高玉米產量的重要靶點。
上述研究工作得到科技部973和國家自然科學基金等項目的資助。（來源：科學網）
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