新技術(shù)使玉米基因編輯不再“大海撈針” 研究成果發(fā)表在《自然—通訊》

日前，《自然—通訊》在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授李平華等中外科學(xué)家合作研究成果。他們探索出高通量研究玉米轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控位點(diǎn)的新技術(shù)，利用大規(guī)模轉(zhuǎn)錄因子數(shù)據(jù)重新構(gòu)建了玉米葉片基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，使玉米基因編輯不再“大海撈針”。

葉片是保證玉米產(chǎn)量的重要器官，研究玉米葉片表達(dá)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，解析其調(diào)控機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)，對(duì)玉米遺傳改良具有重要意義。轉(zhuǎn)錄因子在動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育及其對(duì)外界環(huán)境的反應(yīng)中起著重要作用，是調(diào)控基因表達(dá)的最關(guān)鍵因子之一，也是生物學(xué)研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。真核細(xì)胞內(nèi)部的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)由轉(zhuǎn)錄因子的組合作用所決定，但業(yè)內(nèi)對(duì)植物中轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合研究較少，對(duì)這種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)仍知之甚少。

該研究成果首次在玉米中全面解析了葉片表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，構(gòu)建了玉米葉片轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，分析了轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)對(duì)葉片形態(tài)、吐絲開(kāi)花等農(nóng)藝性狀的影響，解析了其在物種進(jìn)化中的保守性和變化，提出了轉(zhuǎn)錄因子共結(jié)合是影響植物轉(zhuǎn)錄調(diào)控特異性的關(guān)鍵因素的新觀點(diǎn)。

該研究推動(dòng)了植物界對(duì)植物基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控的認(rèn)識(shí)，使得遺傳及育種專(zhuān)家可以有目的地對(duì)基因調(diào)控位點(diǎn)進(jìn)行改造，編輯和創(chuàng)制新的基因調(diào)控位點(diǎn)，訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合和共定位，建立智能組合優(yōu)良等位基因，豐富基因多樣性。

同時(shí)，該成果為世界玉米基礎(chǔ)研究提供了第一手資料，也為玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新提供了新思路和新方法，有利于實(shí)現(xiàn)智能、高效、定向培育新品種，促進(jìn)作物育種學(xué)科向更高層面發(fā)展。(記者李晨通訊員王靜)