研究建立快速筛选丁布类代谢物合成和转录相关基因的玉米原生质体平台

玉米（Zea mays）是禾本科玉蜀黍属一年生草本植物，是世界上三大谷类作物之一，是重要的粮食作物。我国的玉米产量已经超过水稻和小麦，位居第一位，所以玉米对我国的国民经济具有重要意义。但是长期以来大量的玉米虫害总是威胁着全球玉米的产量，玉米害虫也多达350种之多。作为玉米最重要的抗虫化合物，丁布类次生代谢物的生物合成途径已基本阐明，但是玉米功能基因研究相对缓慢，再加上玉米转基因技术的众多缺陷，特别是转化效率低以及周期长的问题，使得丁布类次生代谢物的调控研究变得十分棘手，玉米抗虫机理的研究进展比较缓慢。植物原生质体体系具有高效、便捷和经济等优点，有利于各种植物信号途径中功能基因的研究，已成为一种研究植物生理生化和分子机理的重要工具。近日，中国科学院昆明植物研究所功能与利用团队吴建强课题组利用玉米黄化苗快速分离纯化玉米原生质体，通过PEG-Ca2+介导的质粒转染技术实现了高效玉米原生质体转染。同时通过优化的HPLC-MS/MS分析方法，可快速测定玉米原生质体中各种类型的丁布类次生代谢物含量，该研究首次分析得到丁布类次生代谢物在玉米原生质体中含量随时间的变化规律。此外，该研究基于昆虫取食处理及不同玉米品系对比等实验积累的RNA-seq中挖掘了可能的玉米丁布候选调控基因，利用优化获得的玉米原生质体瞬时表达系统沉默和过表达了部分候选基因，筛选获得了2个可能的丁布合成调节因子，分别是转录因子ZmbHLH20和ZmbHLH76，为后续玉米稳定转化和抗虫机理研究奠定了基础。该研究也为其它植物，特别是难以转化的非模式植物（包括野生植物）的次生代谢产物合成和调控基因功能分析提供了借鉴。研究成果以An efficient system composed of maize protoplast transfection and HPLC-MS for studying the biosynthesis and regulation of maize benzoxazinoids 为题在线发表于Plant Methods 杂志上。昆明植物所与云南大学联合培养硕士研究生高磊和昆明植物所助理研究员申国境为该论文第一作者，吴建强为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目、云南省应用重点项目、中科院国际合作项目等的支持。(100yiyao.com）