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,、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/柳青課題組在Plant Physiology (影響因子6.5)上發(fā)表了題為“GT1 and ZmHB13/VRL1 regulateflower sexual differentiation by modulating jasmonate biosynthesis and signaling in maize”的研究論文，該研究揭示了兩個(gè)同源基因GT1和ZmHB13/VRL1在促進(jìn)玉米心皮退化,，進(jìn)而影響玉米性別分化的分子機(jī)制,。

  玉米 (Zea mays L.) 是一種重要糧飼作物,，廣泛用于食品,、飼料和生物燃料，占全球谷物總產(chǎn)量的36%,。作為一種典型的雌雄同株植物,，玉米產(chǎn)生物理上分離的雄穗（雄性花序）和雌穗（雌性花序）。雄穗生長(zhǎng)在植株頂部,，而雌穗則發(fā)育在位于雄穗下方幾個(gè)節(jié)位的葉腋處,。在授粉過程中，從雄穗雄蕊上散落的花粉粒到達(dá)雌穗的胚珠上,。這種結(jié)構(gòu)確保了種子的成功結(jié)實(shí),。因此,，花的正確性別分化是玉米獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的前提條件,。

  在玉米中，雄穗小花的雄蕊原基優(yōu)先發(fā)育并最終轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄋ?，而上,、下位小花的心皮在起始后相繼發(fā)生退化。相反,，在雌穗小花的心皮原基迅速起始并發(fā)育成功能性的心皮,。此后,，上位小花的雄蕊和下位小花的心皮逐漸退化，同時(shí)下位小花的三個(gè)雄蕊也隨著下位小花的退化而退化,，從而在雌穗中形成單一的雌性花,。成熟時(shí)，雄穗小花通過選擇性退化心皮而變成純雄花,，而雌穗中僅上位小花繼續(xù)生長(zhǎng)并通過抑制雄性發(fā)育而變成純雌花,。GT1(Grassy tiller) 作為一個(gè)調(diào)控玉米性別分化的經(jīng)典基因，其調(diào)控玉米性別分化的具體分子機(jī)制仍然未知,。

  本研究發(fā)現(xiàn),，GT1基因的突變會(huì)導(dǎo)致雄穗中心皮退化受阻，從而形成雌化的雄穗,。而ZmHB13/VRL1基因的單獨(dú)突變則不會(huì)造成這種表型,。然而，當(dāng)GT1和ZmHB13/VRL1基因同時(shí)突變時(shí),，植株會(huì)表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的雄穗雌化表型,，此外該雙突變體的雌穗下位花的心皮退化也受阻，導(dǎo)致額外的可育小花形成并最終結(jié)實(shí)成為種子,。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示,，GT1和ZmHB13/VRL1能夠直接結(jié)合茉莉酸（JA）生物合成基因ZmLOX3和ZmOPR7的啟動(dòng)子，上調(diào)它們的表達(dá),，從而促進(jìn)JA的生物合成,。此外，這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子還與JA信號(hào)途徑中的關(guān)鍵抑制因子ZmJAZ4和ZmJAZ26相互作用,，釋放JA信號(hào)途徑的激活因子ZmMYC2a和ZmMYC2b,，進(jìn)而激活下游的JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。研究結(jié)果為解析玉米性別分化的調(diào)控機(jī)制和玉米的遺傳改良及雜交育種提供了重要的理論指導(dǎo)和基因資源,。

GT1/ZmHB13通過JA生物合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)玉米心皮退化,，進(jìn)而影響玉米性別分化的工作模型

  生命科學(xué)學(xué)院碩士研究生袁亞騰為該論文第一作者，碩士研究生區(qū)曉彤和博士研究生姚旻昊為共同第一作者,，柳青副教授為通訊作者,，孔德鑫副教授和王海洋教授為共同通訊作者。中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院李合英副研究員為本研究細(xì)胞學(xué)觀察提供了平臺(tái)并參與了部分工作,。本文得到了國家重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目,，國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金，廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持,。

  相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf075

文圖/生命科學(xué)學(xué)院 柳青