近日，我校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省農(nóng)業(yè)生物發(fā)育與環(huán)境適應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王海洋/劉宇婷團(tuán)隊(duì)聯(lián)合崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室在JIPB雜志發(fā)表了題為“ZmTCP23 regulates leaf angle and tassel branch angle formation in maize by modulating LG1 expression and ABA catabolism”的研究論文，揭示了轉(zhuǎn)錄因子ZmTCP23通過ZmTCP23-LG1-ZmXERICO1調(diào)控路徑介導(dǎo)脫落酸（ABA）水平，進(jìn)而影響玉米LA和TBA形成的分子機(jī)理。
玉米（ZeamaysL.）是重要的谷飼作物，約占全球谷物產(chǎn)量的40%（FAOSTAT，2022）。培育適應(yīng)高密度種植的品種一直是提高玉米單位面積產(chǎn)量的主要技術(shù)途徑。現(xiàn)代玉米育種中，選育以較窄葉夾角（LA）和雄穗分枝角度（TBA）為特征的緊湊株型品種可有效改善密植冠層的透光性，增強(qiáng)光合效率，最終提高公頃產(chǎn)量（Wang et al.，2020；Jafari et al.，2024）。因此，鑒定調(diào)控這些性狀的關(guān)鍵基因可為培育適應(yīng)高密度種植的玉米品種提供有價(jià)值的遺傳靶點(diǎn)。LG1(Liguleless1)是影響玉米LA和TBA的關(guān)鍵調(diào)控因子，探索該基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對挖掘重要的株型調(diào)控策略具有重要意義，雖然目前對LG1的調(diào)控機(jī)制已有不少報(bào)道，但對其協(xié)同影響LA和TBA的調(diào)控機(jī)制仍不清晰。
該項(xiàng)研究中，研究人員通過Y1H實(shí)驗(yàn)找到了一個(gè)在雄穗和葉中高度表達(dá)的可結(jié)合并調(diào)控LG1表達(dá)的TCP轉(zhuǎn)錄因子------ZmTCP23，通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)獲得兩個(gè)ZmTCP23功能缺失突變體，發(fā)現(xiàn)其植株表現(xiàn)出LA和TBA顯著減小，且株高降低、雄穗分枝數(shù)減少等耐密株型優(yōu)異性狀（圖1）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ABA能夠有效影響玉米LA和TBA大小，且LG1可以直接結(jié)合并抑制ZmXERICO1（編碼ABA降解抑制因子）的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，進(jìn)而影響雄穗和葉中的ABA含量，最終調(diào)控玉米LA和TBA形成。此外，研究還發(fā)現(xiàn)ZmTCP23與TBA關(guān)鍵調(diào)控因子BAD1（TCP家族成員）能夠形成正反饋調(diào)控，并形成蛋白復(fù)合物直接結(jié)合LG1啟動(dòng)子共同激活其表達(dá)，進(jìn)而影響TBA大小。綜上，該研究揭示了一個(gè)以LG1為核心的ZmTCP23-LG1-ZmXERICO1轉(zhuǎn)錄調(diào)控路徑，該路徑通過ZmTCP23轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控LG1表達(dá)，影響下游ZmXERICO1轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響雄穗和葉中的ABA含量來協(xié)調(diào)LA和TBA的形成，為針對玉米LA和TBA的?遺傳改良提供了新的靶標(biāo)，也為高密度耐受玉米品種的分子育種提供了新的方向和理論基礎(chǔ)（圖2）。
圖1ZmTCP23的表達(dá)模式及Zmtcp23突變體表型
圖2ZmTCP23-LG1-ZmXERICO1調(diào)控網(wǎng)絡(luò)調(diào)控玉米LA和TBA的分子模型
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生楊盼盼（2023屆）為該論文第一作者，碩士研究生曾凱琳（2025屆）和王胡海靈（2021屆）為共同第一作者。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉宇婷副教授為通訊作者，崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室王海洋教授為共同通訊作者。該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFF1000301),國家自然科學(xué)基金(31970202, 32370349, 32130077和32372209),廣東省自然科學(xué)基金(2023A1515010493)的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.70000
文/圖 生命科學(xué)學(xué)院 劉宇婷
