近日,，我校生命科學學院,、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室王海洋/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，該研究揭示了兩個同源基因GT1和ZmHB13/VRL1在促進玉米心皮退化,，進而影響玉米性別分化的分子機制,。

  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）。雄穗生長在植株頂部,，而雌穗則發(fā)育在位于雄穗下方幾個節(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雌穗的胚珠上,。這種結(jié)構(gòu)確保了種子的成功結(jié)實,。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帲?、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，同時下位小花的三個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，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)生長并通過抑制雄性發(fā)育而變成純雌花,。GT1(Grassy tiller) 作為一個調(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制仍然未知,。

  本研究發(fā)現(xiàn)，GT1基因的突變會導(dǎo)致雄穗中心皮退化受阻,，從而形成雌化的雄穗,。而ZmHB13/VRL1基因的單獨突變則不會造成這種表型。然而,，當GT1和ZmHB13/VRL1基因同時突變時,，植株會表現(xiàn)出更為嚴重的雄穗雌化表型，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)實成為種子,。分子生物學實驗進一步揭示,，GT1和ZmHB13/VRL1能夠直接結(jié)合茉莉酸（JA）生物合成基因ZmLOX3和ZmOPR7的啟動子，上調(diào)它們的表達,，從而促進JA的生物合成,。此外，這兩個轉(zhuǎn)錄因子還與JA信號途徑中的關(guān)鍵抑制因子ZmJAZ4和ZmJAZ26相互作用,，釋放JA信號途徑的激活因子ZmMYC2a和ZmMYC2b,，進而激活下游的JA信號轉(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生物合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進玉米心皮退化,，進而影響玉米性別分化的工作模型

  生命科學學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胞學觀察提供了平臺并參與了部分工作,。本文得到了國家重點研究計劃項目,，國家自然科學重點基金，廣東省自然科學基金等項目的支持,。

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

文圖/生命科學學院 柳青