中国农业科学 | 河南农业大学农学院董永彬课题组揭示玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育
玉米是重要的粮食、饲料和工业原料兼用的多元作物，在我国农业生产和国民经济发展中占有十分重要的地位。我国耕地资源非常有限，为了保障我国粮食安全，提高单产水平是落实新一轮千亿斤粮食产能提升行动的重要途径。籽粒大小是影响玉米单产水平的重要因素，挖掘影响玉米籽粒发育的关键基因及其优异等位基因，对提高玉米产量具有重要意义。
近期，河南农业大学农学院董永彬课题组完成的题为“玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷18期正式发表。
利用生物信息学和RT-qPCR分析ZmEIL9在玉米籽粒发育中的表达特征，对ZmEIL9及其同源基因进行多序列比对，利用邻接法构建其系统进化树，分析ZmEIL9编码蛋白序列特征，对目的蛋白进行亚细胞定位。筛选ZmEIL9的玉米Mu转座子插入突变体和CRISPR/Cas9编辑突变体，鉴定突变体和对照的农艺性状表型，分析籽粒灌浆速率，测量淀粉粒、蛋白含量等籽粒储藏物质。
玉米EIN3/EIL家族与其他物种同源基因系统进化树
根据玉米中EIN3/EIL家族成员，系统进化树分析显示，ZmEIL9编码蛋白与ZmEIL1、SbEIL1亲缘关系较近。玉米自交系B73籽粒转录组数据库中，ZmEIL9在籽粒发育早期和晚期表达量较高，但在自交系N04籽粒发育中期和晚期表达量较高。
玉米不同发育时期籽粒中EIN3/EIL基因家族表达特征
在自交系丹232和N04中ZmEIL9编码644个氨基酸，自交系B73中编码642个氨基酸。
ZmEIL9克隆及其编码氨基酸序列
亚细胞定位表明，ZmEIL9编码蛋白定位于细胞核中。
玉米原生质体ZmEIL9亚细胞定位
获得不同Mu转座子插入位点的ZmEIL9突变体，以及发生氨基酸移码突变的CRISPR/Cas9编辑突变体，表型分析表明，ZmEIL9的Mu转座子突变体和编辑突变体的株高、籽粒粒长和百粒重均比对照显著降低。
Zmeil9的Mu突变体植株和籽粒表型
对不同发育时期玉米籽粒干重进行分析，显示ZmEIL9突变体的籽粒灌浆速率小于野生型。
Zmeil9与对照不同发育时期的籽粒粒重及灌浆速率
扫描电镜观察显示，ZmEIL9突变体比野生型成熟籽粒中的淀粉粒明显变小，并表现不规则形态。
Zmeil9和对照籽粒纵切扫描电镜
进一步分析表明，ZmEIL9编辑突变体籽粒中总淀粉含量和醇溶蛋白浓度均显著低于野生型。
Zmeil9和对照籽粒淀粉和蛋白含量
综上，ZmEIL9在玉米籽粒发育过程中起重要调控作用。
该研究获得河南省自然科学基金（212300410356）、河南省玉米产业技术体系（HARS-22-02-S）、河南省农业良种联合攻关项目（2022010201）的资助。
论文链接：
引用本文：
朱俊杰, 张鑫悦, 潘梦影, 张静雯, 郑琦, 李玉玲, 董永彬. 玉米EIN3/EIL家族基因ZmEIL9调控籽粒发育[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3522-3532.
ZHU JunJie, ZHANG XinYue, PAN MengYing, ZHANG JingWen, ZHENG Qi, LI YuLing, DONG YongBin. An EIN3/EIL Family Gene, ZmEIL9 Regulates Grain Development in Maize[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(18): 3522-3532.
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