2024年7月16日，华南农业大学王海洋教授课题组在《New Phytologist》上发表了题为“ZmSPL10, ZmSPL14 and ZmSPL26act together to promote stigmatic papilla formation in maize through regulating auxin signaling and ZmWOX3A expression”的研究论文，该研究揭示了三个同源基因ZmSPL10、ZmSPL14和ZmSPL26在促进玉米柱头乳突形成，进而影响玉米结实率的分子机制。

玉米（Zea mays L．）是一种重要粮饲作物，广泛用于食品、饲料和生物燃料，占全球谷物总产量的36％。玉米正常生长发育和授粉结实过程，是实现其高产和稳产的重要保障。玉米产量的关键决定因素是穗粒数，而穗粒数与授粉效率密切相关。授粉是开花植物有性生殖过程的关键步骤，玉米雄性生殖（花药）和雌性生殖（雌蕊）结构的形态建成是受精的先决条件。玉米花丝是一种特殊类型的柱头，上面覆盖着许多用于捕获花粉粒的乳突。据报道，乳突表面积、乳突密度、乳突长度和乳突数量的变化都会影响玉米的授粉和结实。然而，柱头乳突的发育过程和潜在的分子调控机制仍然未知。

研究人员先前报道了三个同源的SPL家族转录因子，ZmSPL10、ZmSPL14和ZmSPL26促进玉米叶片表皮毛并抑制异位气孔形成的命运决定机制。本研究进一步研究发现，ZmSPL10、ZmSPL14和ZmSPL26也是调控玉米柱头乳突形成的关键基因，其三重敲除突变体几乎完全缺乏柱头乳突，导致玉米果穗结实率严重减少（图1a）。系统的细胞学观察发现，柱头乳突是由柱头前体细胞不对称分裂产生的较小细胞发育形成（图1b）。原位杂交结果表明，ZmSPL10、ZmSPL14及其靶基因SPI1、ZmPIN1b、ZmARF28和ZmWOX3A在柱头乳突前体细胞中优先表达。分子生物学实验进一步揭示，ZmSPL10、ZmSPL14和ZmSPL26直接结合SPI1、ZmPIN1b、ZmARF28和ZmWOX3A的启动子并促进其表达，共同促进了柱头乳突的发育（图1c）。遗传水平上，Zmwox3a敲除突变体在柱头乳突形成和结实能力方面表现出严重的缺陷。此外，研究人员将水稻中ZmSPL10、ZmSPL14和ZmSPL26的同源基因OsSPL5和OsSPL10敲除后，Osspl5　Osspl10缺失突变体同样表现出柱头乳突发育异常且结实率显著降低，表明SPL基因在调控柱头乳突发育方面的保守性。研究结果为解析玉米柱头乳突发育的调控机制和谷类作物授粉效率的遗传改良提供重要的理论指导和基因资源。

图1　ZmSPL10／14／26进玉米花丝乳突发育，进而影响玉米结实率的工作模型。

该研究得到海南省种业实验室（原海南省崖州湾种子实验室）揭榜挂帅项目（B21HJ8101）的资助。