山东大学教授团队、入选国家高层次青年人才,在Nature Communications发表研究成果,让玉米更“挤”也能更高产
近日，山东大学生命科学学院徐芳教授团队与美国冷泉港David Jackson教授合作，在Nature Communications上发表了一项关于玉米株型及穗型调控机制的重要研究。这项研究题为“ERECTA genes and their ligands regulate shoot and inflorescence architecture in maize”，深入探讨了ERECTA家族受体激酶及其小肽配体在玉米株型和穗型调控中的关键功能。研究表明，通过调节ERECTA通路，可以优化玉米的株型和穗型，从而实现密植高产的目标。
玉米产量主要取决于其株型和穗型的特征，这些特征的形成依赖于分生组织活性的精确控制。具体来说，玉米地上部分的发展源自茎尖分生组织（SAM），而雌穗则是由花序分生组织（IMs）发育而来。在此基础上，除了经典的CLAVATA–WUSCHEL（CLV–WUS）信号通路外，对于其他参与分生组织发育调控的信号途径了解较少。因此，进一步探索这些机制显得尤为重要。
为了更全面地理解玉米分生组织发育的调控网络，本研究采用CRISPR/Cas9技术对玉米ERECTA受体激酶家族的三个成员进行了靶向敲除，并系统性构建并鉴定了单、双和三突变体。研究发现这三个基因在调控茎尖分生组织和花序分生组织活性、株型以及穗型发育中起着关键作用。特别是ZmER1的突变导致了更为紧凑的植物结构、增大的分生组织以及扁平且行数增加的穗部表型。此外，研究还揭示了ZmER1与其他家族成员之间的功能冗余性及其主导作用。
该研究进一步指出，ZmER1受体能够与EPIDERMAL PATTERNING FACTOR（EPFL）家族的小肽配体结合，其中ZmEPFL1-1对花序分生组织大小和穗形具有显著影响。同时，研究显示ZmWUS1基因表达上调，并与CLV–WUS信号通路存在功能关联。最后，研究鉴定出了一些能改善株型的弱等位基因突变体，表明通过微调ZmER1的活性可提升玉米在高密度种植条件下的产量潜力。
总之，这项研究不仅丰富了我们对玉米分生组织发育调控网络的理解，也为通过优化植株和穗部结构以实现密植增产提供了新的遗传靶点和策略。此成果是由山东大学生命科学学院的博士生刘晓和博士后王金彪作为共同第一作者，徐芳教授及David Jackson教授共同通讯作者，得到了来自国内外多个机构的研究者的指导和支持。
