JGG｜中国农业大学杨志佳团队揭示ZmEREB167调控玉米籽粒大小和淀粉积累的分子机制

玉米胚乳是一个大型贮藏器官，占成熟籽粒干重的近90%，也是淀粉的主要贮藏场所。转录因子在玉米籽粒发育过程的基因表达调控中发挥关键作用。AP2/ERFs是最大的转录因子家族之一，在调控植物的生长、发育和胁迫反应等过程中发挥重要作用。EREB是AP2/ERF类转录因子的一个亚家族，在玉米中有240个成员，但其中参与调控玉米籽粒发育以及淀粉积累分子机制的相关报道较少。

近日， 中国农业大学玉米生物育种全国重点实验室杨志佳团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为题为“Maize transcription factor ZmEREB167 negatively regulates starch accumulation and kernel size”的研究论文，揭示了玉米胚乳转录因子ZmEREB167负向调控玉米籽粒大小与淀粉积累的分子机制，对于培育优质高产玉米新品种意义重大。

玉米籽粒的淀粉和种子储存蛋白等储藏物质的合成主要在胚乳中完成，这一过程受到复杂的基因网络调控，涉及多种转录因子。EREB类转录因子在植物抵抗病菌侵害、响应非生物胁迫及调控植物生长发育过程中发挥重要作用。该研究鉴定到玉米胚乳特异表达的转录因子ZmEREB167，利用CRISPR/Cas9技术获得了 ZmEREB167基因敲除突变体。表型分析发现 zmereb167突变体籽粒变大，淀粉粒变大，淀粉及蛋白质含量提高。原位杂交实验发现 ZmEREB167在BETL (Basal endosperm transfer layer)区域表达较高，胚乳可能参与营养物质转运过程。RNA-seq结果显示， ereb167突变体中 SUGCAR1、 ZmSUT2、 ZmSUT4、 ZmNRT1.1、 ZmNRT1.2及 ZmHAK5等转运蛋白表达量显著提高。此外，玉米胚乳传递细胞分化相关基因 ZmMN1和 ZmMRP-1的表达也显著上调。ChIP-seq分析发现ZmEREB167能够直接结合 ZmPMT5、 ZmNRT1.1、 ZmIAA12、 ZmMKKK20和 ZmPMT5的启动子区域。双荧光素酶实验发现，ZmEREB167能够抑制 ZmIAA12和 ZmMKKK20启动子的转录活性。

ZmEREB167调控玉米籽粒大小的工作模型

综上所述，该研究发现EREB类转录因子ZmEREB167在玉米胚乳中特异表达，通过调控胚乳营养物质转运相关基因的表达进而调控玉米籽粒发育，为优质高产玉米协同改良育种提供新思路。

作者简介

中国农业大学玉米生物育种全国重点实验室博士研究生卿香玉和已出站博士后李建锐博士为该论文共同第一作者。中国农业大学玉米生物育种全国重点实验室杨志佳副研究员、赵海铭副教授及三亚研究院陈宝建副教授为共同通讯作者。中国农业大学赖锦盛教授对课题的设计以及持续进行发挥了关键作用。相关工作得到科技创新重大项目、国家重点研发计划和国家杰出青年科学基金等项目资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167385272