作科所揭示玉米关键基因ZmDeSI2调控蛋氨酸积累的分子机制
4月22日，中国农业科学院作物科学研究所玉米遗传改良与新品种选育创新团队鉴定了调控玉米籽粒蛋氨酸含量的关键基因ZmDeSI2，解析了该基因抑制蛋氨酸积累的分子机制。该研究首次绘制出ZmDeSI2 调控玉米籽粒蛋氨酸合成的精细图谱，为玉米品质分子设计育种提供了精准靶点。相关研究成果以长文形式发表于《分子植物（Molecular Plant）》上。
玉米是我国重要的粮饲兼用作物，约60%被用作畜禽饲料。然而，玉米饲料中普遍缺乏蛋氨酸、色氨酸和赖氨酸等必需氨基酸。对于畜禽而言，蛋氨酸摄入不足会降低饲料转化效率并影响其生长发育，同时增加氮排泄加剧环境氮污染。因此，采用生物强化策略通过遗传改良提高玉米籽粒蛋氨酸含量，对饲料行业意义重大。
研究团队对348份玉米自交系进行了全基因组关联分析，结合授粉后20天籽粒胚乳表达量数据，鉴定到一个调控玉米籽粒蛋氨酸含量关键基因ZmDeSI2。研究表明，该基因启动子区域内存在的突变能够直接影响有关转录因子与该基因的结合能力，从而显著降低基因表达。进一步研究发现，该基因通过调控亚硫酸盐还原酶ZmSIR的小类泛素化修饰水平影响其蛋白积累以及蛋氨酸生物合成。随后，研究人员通过分子标记辅助选择技术，将ZmDeSI2 优异单倍型回交转育至自交系WC009，在其他农艺性状保持稳定的情况下，实现了籽粒蛋氨酸含量的显著提升。该研究为高蛋氨酸玉米培育提供了理论基础和可行路径。
作科所博士后鲁鑫为论文的第一作者，李新海研究员、翁建峰研究员和周志强副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、作物基因资源与育种全国重点实验室、国家玉米产业技术体系等项目资助。
文章链接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(25)00134-0
