王海洋教授团队联合中国农科院生物技术所研究揭示玉米雄穗分枝数调控新机制

2023年10月19日，我校生命科学学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室和岭南现代农业科学与技术广东省实验室王海洋教授团队联合中国农业科学院生物技术研究所在国际知名期刊《New Phytologist》在线发表了题目为“ZmELF3.1 integrates the RA2-TSH4 module to repress maize tassel branching”的研究论文，文章揭示了光周期响应因子ZmELF3.1调控玉米雄穗分枝数目的分子机制，为玉米雄穗分枝数的遗传改良提供了潜在的基因资源。

花序大小是作物的重要农艺性状，不仅影响植株繁殖成功与否，而且还决定作物产量。玉米是雌雄同株异花作物，其雄性花序（雄穗）位于植物顶部。雄穗分枝数目、总穗长和穗分枝角度与玉米产量有着复杂的关系，是玉米遗传育种的重要靶标性状。太小的雄穗无法产生足够花粉以维持自交系和杂交生产，太大的雄穗不仅降低了植株上部叶片的截光能力，还不利于光合同化物向籽粒分配。目前对于玉米雄穗分枝数（Tassel branch number, TBN）的分子调控机制仍然不清楚。该团队前期研究发现，ZmELF3能与ZmELF4和ZmLUX相互作用形成晚间复合体，直接抑制几个开花抑制子表达，从而促进玉米的开花和玉米由热带向温带扩张的适应性（Zhao et al., 2023, The Plant Cell）。在本研究中，研究人员发现ZmELF3.1的功能缺失突变体雄穗分枝数显著增加，雄穗分枝数负调控因子RA2能直接与正调控因子TSH4 (ZmSPL2) 的启动子结合并抑制其表达，从而导致雄穗分枝数减少。进一步发现，ZmELF3.1蛋白直接与RA2和ZmELF4.2蛋白相互作用，形成蛋白复合物，增强了RA2对TSH4启动子的结合和抑制作用，导致雄穗分枝数显著降低。该研究首次揭示了一个新的ELF3-ELF4-RA2蛋白复合体调控玉米雄穗分枝数的分子机理，并为玉米雄穗分枝数的遗传改良提供了一个潜在的基因资源。

ZmELF3.1蛋白与RA2蛋白互作调控玉米雄穗的分枝数目

该研究以中国农业科学院生物技术研究所为第一完成单位，第一作者为玉米功能基因组创新团队谢钰容研究员和已毕业博士生赵永平，通讯作者为华南农业大学生命科学学院王海洋教授。该研究得到了国家重点研发计划项目（2021YFF1000300, 2020YFE0202300, 2021YFF1000300, 2022YFF1001702），海南省崖州湾种子实验室“揭榜挂帅”项目（B21HJUS01/B21HJ8101）和中国农业科学院科技创新工程的资助。

原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19329

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