10月19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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室王海洋教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所在國(guó)際知名期刊《New Phytologist》在線發(fā)表了題目為“ZmELF3.1 integrates the RA2-TSH4 module to repress maize tassel branching”的研究論文(論文鏈接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19329)，文章揭示了光周期響應(yīng)因子ZmELF3.1調(diào)控玉米雄穗分枝數(shù)目的分子機(jī)制，為玉米雄穗分枝數(shù)的遺傳改良提供了潛在的基因資源。

花序大小是作物的重要農(nóng)藝性狀，不僅影響植株繁殖成功與否，還決定作物產(chǎn)量。玉米是雌雄同株異花作物，其雄性花序（雄穗）位于植物頂部。雄穗分枝數(shù)目、總穗長(zhǎng)和穗分枝角度與玉米產(chǎn)量有著復(fù)雜的關(guān)系，是玉米遺傳育種的重要靶標(biāo)性狀。太小的雄穗無(wú)法產(chǎn)生足夠花粉以維持自交系和雜交生產(chǎn)，太大的雄穗不僅降低了植株上部葉片的截光能力，還不利于光合同化物向籽粒分配。目前對(duì)于玉米雄穗分枝數(shù)（Tassel branch number，TBN）的分子調(diào)控機(jī)制仍然不清楚。該團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，ZmELF3能與ZmELF4和ZmLUX相互作用形成晚間復(fù)合體，直接抑制幾個(gè)開(kāi)花抑制子表達(dá)，從而促進(jìn)玉米的開(kāi)花和玉米由熱帶向溫帶擴(kuò)張的適應(yīng)性（Zhao et al., 2023, The Plant Cell）。在本研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)ZmELF3.1的功能缺失突變體雄穗分枝數(shù)顯著增加，雄穗分枝數(shù)負(fù)調(diào)控因子RA2能直接與正調(diào)控因子TSH4（ZmSPL2）的啟動(dòng)子結(jié)合并抑制其表達(dá)，從而導(dǎo)致雄穗分枝數(shù)減少。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ZmELF3.1蛋白直接與RA2和ZmELF4.2蛋白相互作用，形成蛋白復(fù)合物，增強(qiáng)了RA2對(duì)TSH4啟動(dòng)子的結(jié)合和抑制作用，導(dǎo)致雄穗分枝數(shù)顯著降低。該研究首次揭示了一個(gè)新的ELF3-ELF4-RA2蛋白復(fù)合體調(diào)控玉米雄穗分枝數(shù)的分子機(jī)理，并為玉米雄穗分枝數(shù)的遺傳改良提供了一個(gè)潛在的基因資源。

ZmELF3.1蛋白與RA2蛋白互作調(diào)控玉米雄穗的分枝數(shù)目

該研究以中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所為第一完成單位，第一作者為玉米功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)謝鈺容研究員和已畢業(yè)博士生趙永平，通訊作者為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王海洋教授。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFF1000300，2020YFE0202300，2021YFF1000300，2022YFF1001702），海南省崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室“揭榜掛帥”項(xiàng)目（B21HJUS01/B21HJ8101）和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程的資助。

文圖/生命科學(xué)學(xué)院