近期，我院玉米所在农林科学一区top期刊Theoretical and Applied Genetics（IF=5.574）上发表题为“A newly characterized allele of ZmR1 increases anthocyanin content in whole maize plant and the regulation mechanism of different ZmR1 alleles”的研究论文。该研究揭示了转录调控和序列变异对花青素关键调控基因ZmR1功能的影响，并在全基因组水平上鉴定了ZmR1CQ01结合调控的靶基因。

花青素对人体健康具有十分重要的医学和营养保健价值。ZmR1基因家族是调控玉米花青素组织特异性分布的关键基因。ZmR1基因等位变异丰富，其生物学功能和调控分子机制尚不完全清楚。通过遗传定位和转基因验证发现鲜食骨干玉米自交系CQ01（为优良鲜食玉米杂交种京紫糯219的父本）叶中脉的花青素积累由10号染色体上的ZmR1基因控制。玉米zmr1 EMS突变体等位性测验证实叶鞘中花青素积累也受ZmR1基因控制。

从紫玉米自交系CQ01中分离的ZmR1（ZmR1CQ01）基因是一个新的ZmR1等位变异，其过表达致使玉米自交系京724（生产上主推玉米杂交种京科968的母本）整个植株变紫，包括玉米胚芽鞘、叶鞘、茎秆、叶片、叶中脉、苞叶、花丝、颖壳、花药和种皮等组织。

图1 过表达ZmR1CQ01的京724不同组织中 花青素积累表型

玉米自交系B73中的ZmR1等位基因（ZmR1B73）控制花青素在叶鞘（靠近地面处）中积累，而在叶中脉中花青素无积累。ZmR1B73在叶中脉中的mRNA表达水平较低，是造成叶中脉无花青素积累的原因。ZmR1B73启动子在叶片中的甲基化程度高于叶鞘（靠近地面）中的甲基化程度，其在一定程度上调控了ZmR1B7的表达。ZmR1B73在玉米自交系B104中过表达后也促进了叶中脉花青素的积累。

玉米zmr1 EMS突变体等位性测验证实ZmR1ZN3（来自于糯玉米自交系ZN3）为一个新的ZmR1等位突变体，其第5个外显子的缺失导致ZmR1ZN3基因功能破坏，以及玉米叶中脉和叶鞘中都没有花青素积累。基于该突变位点开发了一个ZmR1功能分子标记。

图2 ZmR1ZN3功能验证和功能分子标记开发

ZmR1编码一个bHLH转录因子，DAP-seq分析检测到1010个ZmR1CQ01直接结合并调控的靶基因，其中包括花青素合成途径中的Bz2基因。ZmR1CQ01的两个最显著结合基序是“GATCAATGGCCA”和“GAGGWGT

MBGWG”。RNA-seq分析发现ZmR1CQ01靶向的55个基因的表达水平发生了显著变化，类黄酮(A1，A2，C2，Chi，Bz1，Bz2，Fht1 和 AAT1)和苯丙酸生物合成途径（PAL，4CL和C4H）中关键酶编码基因的表达量显著上调。

图3 DAP-seq鉴定到的ZmR1 CQ01靶向基因和RNA-seq鉴定到的差异表达基因代谢通路富集分析

该研究得到了院创新专项(KJCX201907-2)，院青年基金(QNJJ202028)，院作物表型组学协同创新中心(KJCX201917)，院重大科技成果培育和北京市产业技术体系作物创新团队岗位专家等项目资助。助理研究员骆美洁博士，卢柏山研究员和史亚兴研究员为共同第一作者，赵久然研究员和王荣焕研究员为通讯作者。

来源：北京市农林科学院玉米所