广东
近日，《Plant Biotechnology Journal》在线刊发了安徽农业大学农学院、作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李晓玉教授团队题为“Natural and CRISPR/Cas9 Editing Variations of Dual-uORFs Synergistically Increase the Nutritional Value of Silage Maize Feed”的研究论文。该研究首次阐明了玉米ZmGGP基因5'-UTR区双上游开放阅读框（dual-uORFs）协同调控青贮玉米营养品质分子机制，为打破作物产量与品质权衡、精准创制高品质青贮玉米提供了新的理论视角与种质资源。作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室博士生周静、王席副教授为共同第一作者，李晓玉教授、程备久教授、李长生教授为该论文的共同通讯作者。
青贮玉米是全球最重要的饲用作物之一，其营养品质直接决定了畜禽的生产效率与养殖收益，但传统育种往往面临品质提升与产量/生物量负相关的瓶颈。维生素C（Vc）作为植物核心抗氧化物质，不仅能提升青贮饲料的发酵稳定性和适口性，还能增强畜禽免疫力、降低氧化应激。然而，玉米内源Vc含量普遍偏低，如何在不造成生长与产量代价的前提下精准提升Vc积累，以及青贮品质是青贮玉米育种的关键难题。uORF是mRNA 5'非翻译区（5'UTR）的核心顺式翻译调控元件，主要通过调控pORF翻译效率介导基因表达。GGP是植物维生素C合成通路的关键限速酶，其翻译水平直接决定植株维生素C积累量。既往研究多聚焦GGP单uORF的调控功能，而玉米GGP基因5'UTR是否存在多uORF协同调控模式及自然变异，目前仍缺乏系统性探究。
研究团队对117个物种的224个GGP同源基因开展系统演化分析，在玉米中鉴定出一对功能协同的uORF1与uORF2，并挖掘得到uORF1的天然翻译增强型单倍型Hap2。鉴于uORF2在物种间高度保守，为培育高维生素C青贮玉米品种，研究团队以携带优异单倍型Hap2的代表性自交系KN5585为遗传背景，借助CRISPR/Cas9基因编辑技术对高度保守的uORF2位点进行精准敲除，成功创制了“天然优良变异+精准基因编辑”协同增效的突破性育种新材料。同时，团队开发了uORF1优异单倍型Hap2的特异性分子标记，筛选获得一批携带该优异单倍型的核心种质资源。
本研究阐明了双uORFs变体对营养品质的新型调控机制：通过协同解除uORF对下游pORF的翻译抑制效应，激活维生素C生物合成通路，同时介导氮代谢、磷稳态及细胞壁重塑相关基因的转录重编程，最终在不牺牲植株产量的前提下，显著提升青贮玉米的维生素C、粗蛋白与磷含量，降低粗纤维积累，有效改良其营养品质。该发现突破了传统单一uORF的调控认知，丰富并完善了双uORF协同调控作物品质改良的分子机制，为青贮玉米精准营养育种提供了新策略、可直接应用的分子标记与优异种质资源。
ZmGGP uORFs调控Vc生物合成与青贮玉米品质的工作模型
论文链接：
https://doi.org/10.1111/pbi.70731
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