近日，我校生命科学学院王海洋教授团队与中国农业科学院生物技术研究所等单位合作在解析玉米气生根生长角度和抗倒伏性的分子和遗传机制方面取得新进展，相关研究成果以“Local auxin biosynthesis regulates brace root angle and lodging resistance in maize” 为题在线发表在国际知名学术期刊 “New Phytologist” 上（论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.18733）。该研究以我校生命科学学院为第一完成单位，生命科学学院博士研究生郑智刚、硕士研究生卓楚云，中国农业科学院生物技术研究所王宝宝研究员为论文共同第一作者，通讯作者为我校王海洋教授，项目合作单位还包括岛津（中国）有限公司等单位。
玉米（Zea mays L.）作为世界第一大作物，其充足稳定的供应对保障全球的粮食安全至关重要。增加种植密度是提高玉米单产的有效途径，但密植同时会激发植物的避荫反应，极大增加了玉米的倒伏风险。目前倒伏已经成为限制玉米高产、稳产和机械化的主要因素。因此，挖掘玉米抗倒伏的关键调控基因对提高玉米种植密度及产量具有重要价值。气生根作为玉米根系的重要组成部分，与植株倒伏抗性密切相关。本研究首先挖掘出生长素合成关键限速酶YUCCA（YUC）在玉米中的同源基因，发现ZmYUC2和ZmYUC4特异地在玉米气生根根尖部位表达，调控生长素在气生根根尖的局部合成，进而影响气生根的向重力性和生长角度。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，本研究获得了Zmyuc2、Zmyuc4 单突变体和 Zmyuc2/4 双突变体敲除植株。研究发现Zmyuc4 单突变体和Zmyuc2/4 双突变体表现出气生根角度明显变大，在高密度种植条件下显著提高了玉米抗根倒的能力，同时对其他农艺性状无不良影响。该研究为培育耐密、抗倒和高产的玉米新品种提供了重要的基因资源。此外，本研究还首次开发了一种基于X-ray CT来获取玉米三维根系构型的方法，该方法为实现在土壤中快速、无损地采集植物三维根系构型及可视化提供了技术支撑。
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、海南崖州湾种子实验室基金的资助。
图 1：Zmyuc4单突变体和Zmyuc2/4双突变体表现出更大的气生根生长角度（a）和更强的倒伏抗性（b）。
图 2：利用X-ray CT在土壤中快速、无损地采集植物三维根系构型。
文图/生命科学学院