En allmänt hittad gen i växter har nyligen identifierats som en viktig transportör av ett hormon som påverkar storleken på majs. Upptäckten erbjuder växtförädlare ett nytt verktyg för att utveckla önskvärda dvärgsorter som kan förbättra grödans motståndskraft och lönsamhet.

Ett team av forskare ledda av Iowa State University har arbetat i åratal för att lokalisera funktionerna hos genen ZmPILS6. Nu har de kunnat karakterisera det som en viktig drivkraft för växtstorlek och arkitektur, en bärare för ett auxinhormon som hjälper till att styra tillväxten i rötter under jord och skott, eller stjälkar, ovan jord. Deras resultat publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ).

"Ett kännetecken för den nuvarande vetenskapens tidsålder är att vi har alla dessa högkvalitativa genomdata, oavsett om det gäller majs eller människor eller andra organismer, och nu har vi uppgiften att ta reda på vad generna faktiskt gör", säger Dior Kelley, biträdande professor i genetik, utveckling och cellbiologi vid Iowa State, som ledde forskargruppen.

Gruppen använde "omvänd genetisk screening" (från genen till egenskaper uttryckta i växten), i kombination med andra tekniker, eftersom de spårade deras gens roll i majsutveckling. Omvända skärmar kräver flera växtsäsonger och fungerar inte alltid, enligt Kelley. Det tog sju år för hennes grupp att grundligt karakterisera ZmPILS6 och verifiera att den reglerar växttillväxt.

När "utslagen" av modifierade, muterade växter, undertryckte dess frånvaro rotbildning i sidled och planthöjd. Forskningen har lett till ett provisoriskt patent för dess potential att användas i avelsprogram för att skapa majs med kortväxthet som fortfarande är mycket produktiv.

"Jag tänker på det här som "pixie" majs," sa Kelley. "Det finns ett stort intresse för det av alla möjliga skäl, inklusive minskad användning av vatten och näringsämnen och dess förmåga att motstå hårda vindar."

När de studerade ZmPILS6 i majs gjorde forskarna ytterligare ett märkligt fynd:Genen verkade ha motsatta effekter på växttillväxt än en jämförbar gen i Arabidopsis, en växt som ofta används som modell för forskning.

"Det här var väldigt oväntat," sa Kelley. "Det illustrerar att växtproteiner, som har utvecklats i olika sammanhang, kan bete sig olika. Det understryker behovet av att studera gener direkt inom viktiga grödor av intresse, snarare än att tro att vi förstår dem utifrån hur de fungerar i andra växter."

Kelley ger mycket av äran för projektets framgång till ett "stort team av kollaboratörer", särskilt Craig Cowling, en doktorand i Kelleys labb som är den första författaren på PNAS papper. "Craig var den som verkligen grävde i, för att bekräfta att den här genen bär på växthormonet auxin, och den kontrollerar absolut storleken i majs."

"Det här projektet och att bli erkänd som första författare på ett papper i denna viktiga tidskrift har varit lite otroligt," sa Cowling.

Kelley kallar den nya forskningen "grundläggande" grundforskning för att förstå en gen som påverkar många, komplexa tillväxtegenskaper, som evolutionen har bevarat genom många växter, från alger till majs. "Det är också "translationellt", eftersom det länkar till genetiska resurser som kan användas för att förbättra avelsprogram, sa hon. "Detta öppnar för helt nya frågor och aspekter av forskning för mitt laboratorium."

Mer information: Craig L. Cowling et al, ZmPILS6 är en auxinutflödesbärare som krävs för majsrotmorfogenes, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2313216121

Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences

Tillhandahålls av Iowa State University