文章信息
文章题目：A Zea genus-specific micropeptide controls kernel dehydration in maize
期刊：Cell
发表时间：2024年11 月12日
主要内容：华中农业大学严建兵团队在Cell杂志上发表了文章A Zea genus-specific micropeptide controls kernel dehydration in maize，该研究首次揭示了玉米籽粒脱水的分子机制,鉴定到一个影响籽粒脱水的小肽microRPG1，是玉米及其近缘种中特有的一种编码31个氨基酸的新型小肽，由非编码序列从头起源，通过精确调节乙烯信号通路关键基因的表达来控制籽粒脱水。研究结果为快脱水宜机收玉米培育奠定了重要基础。
原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01212-1
使用TransGen产品：
Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)
EasyScript® One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AE311)
研究背景
玉米作为我国种植面积最大、总产量最高的作物，由于长期受限于缺乏快脱水的品种，导致玉米籽粒机械化收获面积还不到15%，影响了生产效率和种植成本。迄今为止，控制籽粒脱水速率这一性状的基因很少被克隆，其潜在机制尚不清晰，这是难以通过遗传改良培育快脱水宜机收玉米品种的根本原因。
文章概述
首先，研究团队利用籽粒脱水表型田间鉴定技术，通过QTL定位，定位到四个影响籽粒脱水的QTL。该研究发现其中一个主效QTL-qKDR1是一段不编码任何蛋白也不转录的DNA序列，在目标区域双亲之间存在一个约6.2Kb的转座子序列。敲除双亲序列后，不管是否含有转座子，都能导致籽粒脱水速率显著降低。分析表明，qKDR1可能作为一个抑制子，抑制其上游约10Kb处一个名为RPG （qKDR1 REGULATED PEPTIDE GENE）基因的表达。进一步研究发现，RPG就是qKDR1调控的目标基因，两个转录因子ZmMYBST1和ZmMYBR43可以结合到qKDR1而抑制RPG的表达。
qKDR1是控制籽粒脱水的位点
RPG在玉米基因组中是一个全新的基因。研究团队通过多种技术共同证明了RPG通过编码一段31个氨基酸的小肽发挥功能，该小肽被命名为microRPG1。敲除microRPG1可加快脱水速率，超表达则显著降低脱水速率。
进一步研究发现，microRPG1可能通过调控乙烯信号途径中的关键基因ZmEIL1和ZmEIL3的表达而影响脱水。RPG在授粉后26天的籽粒中表达，在38天达到最高，此时玉米籽粒灌浆基本结束，调控乙烯的表达可以促进籽粒的快速脱水，又不影响产量，实现了产量和脱水的平衡。
microRPG1和任何已知的小肽并不同源，在其它物种中也未被鉴定到，是玉米及其近缘种特有的。研究发现，该小肽仅在玉蜀黍属和摩擦禾属中存在同源序列，在禾本科的其他成员中没有。在玉蜀黍属中，一个核苷酸（ACG到ATG）的突变产生了新的起始密码子，导致一段非编码序列起始翻译，从头产生了一个新基因。系统发育树表明，该突变可能发生在65万年前玉蜀黍属和摩擦禾属分化之后，该发现为新基因的起源提供了一个新的范例，也为从头创造新基因提供了方向。
这样一个独特的小肽在其它物种中是否起作用呢？
研究团队体外合成该小肽并外源施加于拟南芥，发现可以显著延迟角果的成熟，并显著提高了拟南芥种子的水分含量。在拟南芥中超表达microRPG1，也能够显著延迟角果的成熟。拟南芥的根可以吸收小肽并可以被运输到地上部分。这些结果暗示了microRPG1小肽在其它物种中可能具有保守的功能，这为进一步探索该小肽的应用价值提供了富有想象的空间。
microRPG1调控籽粒脱水的机制
适合机械化收获的玉米籽粒含水量要求在15%-25%之间，但我国大多数玉米品种在收获时的含水量通常在30%-40%之间。多年多点的试验表明，敲除microRPG1可使收获时的籽粒含水量下降2%-17%，平均下降7%，同时其他农艺和产量性状没有明显的变化。研究团队分析了数百份具有代表性的玉米种质材料，发现几乎所有的材料都存在RPG基因，这意味着操纵RPG来改变籽粒脱水速率培育宜机收的品种具有巨大的应用潜力。据悉，团队围绕玉米籽粒脱水的精准调控已经布局多个专利，并授权未米生物公司开展商业化应用，目前已经取得良好进展。
全式金生物产品支撑
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Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)
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EasyScript® One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AE311)
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产品特点：
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使用Trans1-T1 Phage Resistant Chemically Competent Cell (CD501)产品发表的部分文章：
• Yu Y H, Li W Q, Liu Y F, et al. A Zea genus-specific micropeptide controls kernel dehydration in maize [J]. Cell, 2024.
• Zhang R W, Zhou H, et al. Amplification editing enables efficient and precise duplication of DNA from short sequence to megabase and chromosomal scale [J]. Cell, 2024.
• Wang C, Wang J, Lu J, et al. A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice[J]. Cell, 2023.
• Shan L, Xu G, Yao R W, et al. Nucleolar URB1 ensures 3′ ETS rRNA removal to prevent exosome surveillance[J]. Nature, 2023.
• Luo Y, Liu S, Xue J, et al. High-throughput screening of spike variants uncovers the key residues that alter the affinity and antigenicity of SARS-CoV-2[J]. Cell Discovery, 2023.
• Lei Z, Meng H, Liu L, et al. Mitochondrial base editor induces substantial nuclear off-target mutations[J]. Nature, 2022.
• Zhang Q, Zhang X, Zhu Y, et al. Recognition of cyclic dinucleotides and folates by human SLC19A1[J]. Nature, 2022.
• Li Y, Zhao L, Zhang Y, et al. Structural basis for product specificities of MLL family methyltransferases[J]. Molecular Cell, 2022.
• Wang D, Xu C, Yang W, et al. E3 ligase RNF167 and deubiquitinase STAMBPL1 modulate mTOR and cancer progression[J]. Molecular cell, 2022.
使用EasyScript® One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AE311)产品发表的部分文章：
• Yu Y H, Li W Q, Liu Y F, et al. A Zea genus-specific micropeptide controls kernel dehydration in maize [J]. Cell, 2024.
• Shi Q, Xia Y, Xue N, et al. Modulation of starch synthesis in Arabidopsis via phytochrome B‐mediated light signal transduction[J]. Journal of Integrative Plant Biology, 2024.
• Wu K, Wang S, Song W, et al. Enhanced sustainable green revolution yield via nitrogen-responsive chromatin modulation in rice[J]. Science, 2020.
• Li S, Tian Y, Wu K, et al. Modulating plant growth–metabolism coordination for sustainable agriculture[J]. Nature, 2018.
• Lin J L, Chen L X, Wu W K, et al. Single-cell RNA sequencing reveals a hierarchical transcriptional regulatory network of terpenoid biosynthesis in cotton secretory glandular cells[J]. Molecular plant, 2023.
• Lin J L, Fang X, Li J X, et al. Dirigent gene editing of gossypol enantiomers for toxicity-depleted cotton seeds[J]. Nature Plants, 2023.
• Sheng C, Zhao J, Di Z, et al. Spatially resolved in vivo imaging of inflammation-associated mRNA via enzymatic fluorescence amplification in a molecular beacon[J]. Nature Biomedical Engineering, 2022.
• Mo J, Chen Z, Qin S, et al. TRADES: targeted RNA demethylation by suntag system[J]. Advanced Science, 2020.
