土壤盐渍化是一个严重的全球化环境问题，全球盐渍化土地面积有8亿多公顷，占总陆地面积6%以上。土壤中的盐分过高对玉米等植物的生长发育有许多负面影响，如抑制种子萌发、降低根系生长、株高和结实水平，最终降低玉米产量和品质。即使较低的土壤盐浓度下，对于盐敏感玉米品种也易发生因盐胁迫的生长发育障碍。因此，定位和克隆玉米耐盐基因，解析玉米耐盐性差异的遗传分子机制，将为耐盐玉米育种提供重要依据。
近期，北京市农林科学院玉米研究中心赵久然团队在国际学术期刊Plant Biotechnology Journal（IF= 8.154，Q1）上发表题为“Molecular dissection of maize seedling salt tolerance using a genome-wide association analysis method”的研究论文。该研究利用全基因组关联分析、EMS突变体和CRISPR/Cas9等技术在玉米全基因组水平鉴定到与玉米早期耐盐性相关的重要遗传位点和基因。
该研究利用348份遗传变异广泛的自然群体对正常和盐胁迫条件下萌发10天的幼苗长度、鲜重、干重和耐盐指数等27个性状进行全基因组关联分析 （图1）。并基于耐盐QTL区间内基因功能注释及显著关联SNP位点的LD衰减距离，获得13个候选基因。进一步通过转录组差异表达分析（RNA-seq）发现12个候选基因对盐胁迫有响应，其在盐胁迫后多个检测的时间点上调表达。
图1 3个耐盐玉米自交系和3个显著盐敏感玉米自交系的生长状况以及对照和盐胁迫条件下348份玉米自交系所测定性状的分布情况
利用经优化并适用玉米的CRISPR/Cas9技术，配套tRNA自剪切方法，进行了玉米基因组的多靶点同时编辑，对候选基因进行了功能验证，发现对耐盐候选基因ZmCLCg基因的基因组编辑效率可高达70%（图2）。ZmCLCg基因CRISPR/Cas9编辑突变体和ZmPMP3基因EMS突变体在盐胁迫条件下的根长、根鲜重、地上部长度和地上部鲜重均显著性低于其野生型玉米植株，证实了候选基因ZmCLCg和ZmPMP3与玉米耐盐性相关。氯离子含量分析和进一步研究表明，ZmCLCg编码一个氯离子通道蛋白，其耐盐调控与氯离子的转运有关；候选基因ZmPMP3编码一个质膜相关蛋白。
该研究结果有助于揭示玉米耐盐性差异的分子机制，并为耐盐玉米品种的选育提供新的基因靶标。
图2 在对照和盐胁迫条件下ZmCLCg-CRISPR/Cas9突变体及其野生型（B104）的生长参数和氯离子含量
北京市农林科学院玉米研究中心助理研究员骆美洁博士为该论文第一作者，赵久然研究员、赵衍鑫副研究员为共同通讯作者。宋伟研究员、杨进孝研究员和齐鲁师范学院路小铎教授参与了该研究。该研究得到了北京市自然科学基金（620041）、北京市农林科学院青年研究基金（QNJJ202028）、北京市学者计划（BSP041）等项目的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.13607
